Способ регулирования давления газообразного топлива в двигателе (варианты) и топливная система для двигателя на газообразном топливе
Изобретение относится к регулированию давления впрыска в транспортных средствах, работающих на газообразном топливе. Механический регулятор давления может быть изменен для регулирования давления газообразного топлива для изменения давлений на основании сигнала электронной связи по давлению, а также условий эксплуатации двигателя. По варианту регулирующее давление в камере низкого давления регулятора давления может быть изменено за счет управления подачей газообразного топлива в или из камеры опорного давления регулятора давления и последующего управления выпуска газообразного топлива из камеры опорного давления в двигатель для сгорания. Изменение давления газообразного топлива увеличивает динамический диапазон работы топливной форсунки. Подача топлива под более низким давлением при низкой потребности в топливе позволяет увеличить длительность импульса впрыска топлива, что позволяет осуществлять меньшее число повторений впрыска топлива. По варианту регулирование давления газообразного топлива позволяет использовать более низкое давление газообразного топлива во время холодного запуска двигателя при наличии только предельного напряжения для открывания форсунок, поскольку более низкое напряжение открывания форсунок может быть достаточным для впрыска газообразного топлива с низким давлением впрыска. По другому варианту изменение давления позволяет удовлетворять редкие потребности в пиковом уровне топлива без создания чрезмерных нагрузок на топливные форсунки при постоянном впрыске газообразного топлива высокого давления. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил.
Настоящее изобретение относится к регулированию давления впрыска в транспортных средствах, работающих на газообразном топливе.
Альтернативные виды топлива были разработаны в целях снижения растущих цен на традиционные виды топлива, а также снижения выброса отработавших газов. Например, как раскрыто в патенте США №4505249, эффективным альтернативным видом топлива считается природный газ. Для применения в двигателях внутреннего сгорания природный газ может храниться в сжатом виде в баллонах при высоком давлении. В этом случае для подачи сжатого природного раза (CNG) в камеру сгорания двигателя при более низком давлении применяется регулятор давления. Регулятор давления может осуществлять подачу газообразного топлива под определенным постоянным давлением в двигатель или это может быть регулятор переменного давления, обеспечивающий подачу газообразного топлива в двигатель под переменным давлением.
Значительное число преимуществ может быть достигнуто путем использования регулятора переменного давления подачи газообразного топлива в двигатель вместо регулятора давления, который осуществляет подачу газообразного топлива в двигатель при фиксированном постоянном давлении. Например, изменение давления газообразного топлива увеличивает динамический диапазон работы топливной форсунки (динамический диапазон топливной форсунки является «коэффициентом рабочего регулирования» впрыскиваемого топлива). Подача топлива под более низким давлением при низкой потребности в топливе позволяет увеличить длительность импульса впрыска топлива, что позволяет осуществлять меньшее число повторений впрыска топлива. По варианту регулирование давления газообразного топлива позволяет использовать более низкое давление газообразного топлива во время холодного запуска двигателя при наличии только предельного напряжения для открывания форсунок, поскольку более низкое напряжение открывания форсунок может быть достаточным для впрыска газообразного топлива с низким давлением впрыска. По другому варианту изменение давления позволяет удовлетворять редкие потребности в пиковом уровне топлива без создания чрезмерных нагрузок на топливные форсунки при постоянном впрыске газообразного топлива высокого давления.
Несмотря на преимущества регуляторов переменного давления, известные регуляторы переменного давления являются дорогостоящими и имеют склонность к нестабильности. Например, в некоторых системах регулирование переменного давления достигается за счет подачи в камеру опорного давления регулятора давления впускного коллектора. Однако такая зависимость от давления во впускном коллекторе ограничивает функциональность регулятора давления в случае, когда разрежение во впускном коллекторе находится за пределами определенного диапазона. В других системах изменение давления достигают за счет изменения давления в камере опорного давления посредством клапана источника высокого давления. В качестве другого примера, один известный регулятор переменного давления осуществляет изменение давления газообразного топлива путем выполнения рабочего цикла основного клапана между регулятором и топливной рампой. Однако системы, регулирование давления в которых основано на использовании единственного клапана, через который проходит подача газообразного топлива высокого давления, могут не обладать достаточной надежностью. По этим и другим причинам транспортные средства могут содержать механические регуляторы давления, обеспечивающие подачу газообразного топлива в двигатель под фиксированным постоянным давлением.
В отличие от систем регулирования переменного давления, описанных выше, в настоящем изобретении показано, что подача газообразного топлива в двигатель может быть осуществлена при переменном давлении и экономически эффективно, без ущерба стабильности, за счет повышения и понижения регулирующего давления (путем повышения и понижения давления в камере опорного давления) механического регулятора давления. Канал, соединяющий камеру низкого давления регулятора с камерой опорного давления может содержать клапан, за счет управления которым может быть осуществлена подача газообразного топлива из камеры высокого давления в камеру опорного давления для повышения давления в камере опорного давления. Кроме того, канал, соединяющий камеру опорного давления с двигателем (например, с впускным коллектором, картером, вакуумным эжектором, вакуумным насосом или фильтром для накопления паров топлива), или выведенный в атмосферу, может содержать другой клапан для снижения давления в камере опорного давления. С помощью управления этими клапанами давление в камере опорного давления может быть изменено, что, в свою очередь, влечет изменение давления газообразного топлива при подаче в двигатель (т.е. в топливные форсунки двигателя) из камеры низкого давления регулятора. Управление клапанами может быть осуществлено системой электронной обратной связи по давлению, и клапаны могут иметь отверстия постоянного сечения, или представлять собой электромагнитные клапаны, контролируемые блоком управления трансмиссией (РСМ). Поверхностное размещение системы электронной обратной связи по давлению на системе механического регулирования давления обеспечивает возможность изменения давления газообразного топлива, подаваемого в двигатель, посредством управления этими клапанами. Клапаны предпочтительно могут быть небольшими и недорогими, однако предлагаемая система при этом превосходит способы регулирования переменного давления, предусматривающие необходимость выполнения рабочего цикла основного клапана между регулятором и топливной рампой.
По варианту способ регулирования давления подачи газообразного топлива в двигатель предусматривает изменение регулирующего давления в камере низкого давления регулятора давления путем управления подачей газообразного топлива в камеру опорного давления и (или) выпуска из камеры опорного давления регулятора давления. Этот способ может обеспечивать регулирование давления топлива при помощи механического регулятора давления, посредством подачи или выпуска топлива из камеры опорного давления. Например, регулирующее давление может быть увеличено посредством управления клапаном повышения давления для подачи газообразного топлива в камеру опорного давления из камеры низкого давления, а регулирующее давление может быть уменьшено путем управления клапаном понижения давления для выпуска газообразного топлива из камеры опорного давления. Топливная рампа двигателя может быть соединена с камерой низкого давления регулятора, и таким образом регулирующее давление может быть давлением, которое приводит к достижению предпочтительного давления в топливной рампе. Управление клапанами может быть осуществлено на основании электронной обратной связи по давлению, т.е. показаний датчика давления в топливной рампе, показывающего текущее давление в топливной рампе, а также на основании условий эксплуатации двигателя. Например, в условиях низкой нагрузки может оказаться предпочтительным впрыск топлива при более низком давлении по отношению к фактическому давлению в топливной рампе.
Таким образом, регулирование переменного давления может быть достигнуто путем управления клапанами для подачи и выпуска относительно небольших объемов газообразного топлива в камеру опорного давления регулятора давления и из нее (по сравнению с объемом газообразного топлива, поступающего из регулятора в топливную рампу), а не выполнением рабочего цикла (или в дополнение к нему) основного клапана в топливопроводе подачи топлива в топливную рампу. В связи с этим в заявленных вариантах выполнения могут быть использованы небольшие и недорогие клапаны (в сравнении с системой, в которой применяется метод рабочего цикла), что приводит к экономии средств. Также газообразное топливо, выпускаемое из камеры опорного давления при открытом клапане понижения давления, может быть подано в двигатель для сгорания, в силу чего повышается топливная эффективность. Кроме того, по вариантам реализации, где управление клапанами повышения и понижения давления осуществляют при помощи РСМ, данный блок управления трансмиссией получает сведения об избыточной подаче топлива в двигатель и может выполнять соответствующие компенсирующие действия.
Таким образом, согласно первому объекту настоящего изобретения создан способ регулирования давления газообразного топлива в двигателе, при котором увеличивают регулирующее давление в камере низкого давления регулятора давления посредством открытия первого клапана, расположенного в трубопроводе, соединяющем камеру низкого давления с камерой опорного давления регулятора давления, и направления топлива от камеры низкого давления к камере опорного давления, в то же время закрывая второй клапан, расположенный в трубопроводе, соединяющем камеру опорного давления с впускным коллектором двигателя, и затем после первой длительности открытия закрывают первый клапан таким образом, что как первый, так и второй клапаны являются закрытыми, а камера опорного давления изолированной; и уменьшают указанное регулирующее давление посредством закрытия первого клапана, в то же время открывая второй клапан, и затем после второй длительности открытия закрывают второй клапан таким образом, что как первый, так и второй клапаны являются закрытыми, а камера опорного давления -изолированной.
Предпочтительно, открытие первого клапана обеспечивает сообщение камеры низкого давления регулятора давления с камерой опорного давления независимо от того, находится ли камера низкого давления в сообщении по текучей среде с камерой высокого давления регулятора давления, а открытие второго клапана обеспечивает сообщение камеры опорного давления с впускным коллектором двигателя.
Предпочтительно, дополнительно осуществляют подачу газообразного топлива под регулирующим давлением из камеры низкого давления в топливную рампу двигателя.
Предпочтительно, дополнительно направляют газообразное топливо от топливного бака высокого давления к камере высокого давления регулятора давления, причем камера высокого давления сообщается по текучей среде с камерой низкого давления через отверстие, когда давление в камере опорного давления превышает пороговое значение.
Согласно второму объекту настоящего изобретения создана топливная система для двигателя на газообразном топливе, содержащая топливный бак газообразного топлива; регулятор давления, содержащий камеру высокого давления, соединенную с топливным баком, камеру низкого давления, соединенную с топливной рампой двигателя, и камеру опорного давления; первый клапан, управляющий потоком топлива от камеры низкого давления к камере опорного давления, причем первый клапан расположен в трубопроводе, соединяющем по текучей среде камеру низкого давления с камерой опорного давления, когда первый клапан открыт, независимо от того, находится ли камера низкого давления в сообщении по текучей среде с камерой высокого давления; и второй клапан, управляющий потоком топлива от камеры опорного давления к двигателю; при этом система выполнена с возможностью управления клапанами на основе данных о давлении топлива в двигателе.
Предпочтительно, система выполнена с возможностью подачи топлива, выпускаемого из камеры опорного давления через второй клапан, в двигатель для сгорания.
Предпочтительно, система выполнена с возможностью управления клапанами на основе электронной обратной связи по давлению.
Предпочтительно, электронная обратная связь по давлению представляет собой обратную связь от датчика давления топливной рампы.
Предпочтительно, система выполнена с возможностью управления клапанами в зависимости от предпочтительного давления в топливной рампе.
Предпочтительно, топливом является сжатый природный газ (СПГ).
Предпочтительно, система дополнительно содержит третий клапан, расположенный в регуляторе давления, и мембрану, расположенную в регуляторе давления, причем положение третьего клапана зависит от давления в камере опорного давления, давления в камере низкого давления и пружинного усилия от пружины, установленной в камере опорного давления, причем пружина присоединена своим одним концом к нижней части регулятора давления, а другим своим концом - к нижней части мембраны.
Согласно третьему объекту настоящего изобретения создан способ регулирования давления впрыска газообразного топлива двигателя, при котором, в зависимости от требования более высокого давления топлива, открывают первый клапан в трубопроводе, соединяющем камеру опорного давления регулятора давления с камерой низкого давления регулятора, с первой длительностью открытия для обеспечения подачи газообразного топлива в камеру опорного давления из камеры низкого давления, закрывают второй клапан, расположенный в трубопроводе, соединяющем камеру опорного давления с двигателем, и затем после первой длительности открытия закрывают первый клапан таким образом, что как первый, так и второй клапаны являются закрытыми, а камера опорного давления - изолированной; и, в зависимости от требования более низкого давления топлива, закрывают первый клапан, открывают второй клапан со второй длительностью открытия для выпуска газообразного топлива из камеры опорного давления в двигатель и затем после второй длительности открытия закрывают второй клапан таким образом, что как первый, так и второй клапаны являются закрытыми, а камера опорного давления - изолированной.
Предпочтительно, с помощью открытия первого и второго клапанов изменяют давление в топливной рампе двигателя за счет изменения регулирующего давления в камере низкого давления, и обеспечивают сообщение по текучей среде топливной рампы с камерой низкого давления.
Предпочтительно, дополнительно в процессе эксплуатации двигателя изменяют давление в топливной рампе в зависимости от изменения требований к давлению топлива.
Предпочтительно, дополнительно регулируют давление газообразного топлива из топливного бака высокого давления до регулирующего давления с помощью регулятора, и обеспечивают сообщение по текучей среде топливного бака с камерой высокого давления регулятора.
Предпочтительно, дополнительно подачей топлива из топливного бака в камеру высокого давления регулятора управляют с помощью третьего клапана, а подачей топлива из камеры низкого давления регулятора в топливную рампу управляют с помощью четвертого клапана.
Предпочтительно, когда второй клапан открыт в зависимости от требования более низкого давления топлива, величина открывания второго клапана и вторая длительность основаны на фактическом и требуемом давлениях в топливной рампе, и, когда первый клапан открыт в зависимости от требования более высокого давления топлива, величина открывания первого клапана и первая длительность основаны на фактическом и требуемом давлениях в топливной рампе.
Предпочтительно, камера низкого давления сообщается по текучей среде с камерой опорного давления, когда первый клапан открыт, независимо от того, находится ли камера низкого давления в сообщении по текучей среде с камерой высокого давления.
Вышеуказанные и прочие преимущества, а также характеристики настоящего описания ясно выражены в следующем подробном описании при рассмотрении отдельно или со ссылкой на прилагаемые чертежи. Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание предназначено для упрощенного изложения основных концепций, которые будут детально описаны далее. Не подразумевается идентификация ключевых или существенных признаков заявляемого объекта, объем которых определяется формулой изобретения, основанной на описании изобретения. Более того, заявленное изобретение не ограничено конкретными вариантами, которые решают некоторые из проблем, описанных выше или в какой-либо другой части данного описания.
На чертежах:
фиг. 1А - схематическое изображение системы двигателя, работающего на газообразном топливе, а также на одном или нескольких других видах топлива с различными химическими и (или) физическими свойствами, причем система двигателя содержит систему регулирования давления в топливной рампе для газообразного топлива;
фиг. 1В - подробный вид системы регулирования давления, изображенной на фиг. 1А;
фиг. 2 - пример высокоуровневой блок-схемы работы системы регулирования давления, изображенной на фиг. 1А-1В;
фиг. 3 - пример высокоуровневой блок-схемы управления клапанами системы регулирования давления, изображенной на фиг. 1А-1В для достижения желаемого уровня давления в топливной рампе; и
фиг. 4 - пример временных диаграмм, иллюстрирующих зависимость различных параметров системы регулирования давления, приведенной на фиг. 1А-1В, от времени.
Способ и система обеспечивают регулирование переменного давления газообразного топлива в системе транспортного средства, например, в системе, изображенной на фиг. 1А. Система транспортного средства содержит систему регулирования давления, например, систему, изображенную на фиг. 1А-1В, работа которой может быть осуществлена в соответствии со способами, указанными на фиг. 2 и 3. Например, работа клапанов системы регулирования давления может быть осуществлена в соответствии со способом, показанном на фиг. 3, для изменения регулирующего давления в системе, что, в свою очередь, изменяет давление в топливной рампе двигателя для обеспечения переменного давления впрыска газообразного топлива. Зависимость различных параметров системы регулирования давления от времени показаны на фиг. 4.
На фиг. 1А приведено схематическое изображение системы 6 транспортного средства. Система 6 транспортного средства состоит из системы 8 двигателя, системы 14 управления и топливной системы 18. Система 8 двигателя может содержать двигатель 10 с множеством цилиндров 30. Двигатель 10 содержит систему 23 впуска двигателя и выхлопную систему 25 двигателя. Система 23 впуска двигателя содержит дроссель 62, сообщающийся по текучей среде с впускным коллектором 44 двигателя через впускной канал 42. Выхлопная система 25 двигателя содержит выпускной коллектор 48, ведущий к выпускному каналу 35, который направляет выхлопной газ в атмосферу после прохождения через устройство 70 для снижения токсичности отработавших газов. Двигатель 10 может дополнительно содержать картер 79, расположенный вокруг коленчатого вала (не показан); коленчатый вал приводится в действие поршнями цилиндров 30. Следует понимать, что в конструкцию двигателя могут быть включены другие детали, например, различные клапаны и датчики.
Представленная система 14 управления получает информацию от множества датчиков 16 (различные примеры которых приведены в настоящем описании) и посылает сигналы управления на многочисленные исполнительные механизмы 81 (различные примеры которых приведены в настоящем описании). По варианту датчики 16 могут содержать датчик 124 MAP и датчик 125 MAF на впуске, датчик 126 выхлопных газов и температурный датчик 127, расположенные на выпуске, датчик 33 давления, соединенный с топливопроводом газообразного топлива, датчики 102а и 102b давления, соединенные с соответствующими топливными рампами и т.д. Другие датчики, например, датчики давления, температуры, уровня топлива, воздушно-топливного отношения, а также состава топлива могут быть подключены к различным точкам в системе 6 транспортного средства. По варианту исполнительные механизмы могут содержать топливные насосы, топливные форсунки 66а и 66b, дроссель 62, клапаны топливных баков, а также клапаны системы 34 регулировки давления. Система 14 управления может содержать контроллер 12. Контроллер может получать входные данные от различных датчиков, осуществлять обработку входных данных и приводить в действие исполнительные механизмы в ответ на результаты обработки входных данных на основании инструкции или программного кода в соответствии с одной или несколькими процедурами. Примеры программ управления приведены в настоящем описании со ссылкой на фиг. 2-3.
Топливная система 18 может содержать один или несколько топливных баков. В приведенном варианте топливная система является многотопливной, она содержит топливный бак 20а высокого давления, выполненный с возможностью обеспечить подачу газообразного топлива в топливную рампу 52а с помощью системы 34 регулирования давления, а также топливный бак 20b, выполненный с возможностью обеспечить подачу топлива, химические и физические свойства которого отличаются от свойств газообразного топлива (например, жидкого топлива), в топливную рампу 52b. Хотя приведенный пример содержит отдельные топливные рампы для двух различных видов топлива, в некоторых случаях может быть использована общая топливная рампа.
Топливный бак 20а может быть выполнен с возможностью хранить топливо под давлением и подавать топливо в двигатель 10 с помощью топливопровода 94 высокого давления, регулятора 38 давления и топливопровода 50 регулируемого давления. Например, газообразным топливом может являться сжатый природный газ (CNG), сжиженный нефтяной газ (LPG), адсорбированный природный газ (ANG) или водородное топливо. В топливном баке 20а может храниться газообразное топливо в диапазоне давления 10-700 бар (например, 0-100 + фунт/дюйм2 для CNG, 500 фунт/дюйм2 для ANG, 3600 фунт/дюйм2 (или 250 бар) для LPG и 5000-10000 фунт/дюйм2 для водородного топлива).
Для сравнения в топливном баке 20b может храниться жидкое топливо, например, бензин, топливо с различным содержанием спирта, различные топливные смеси на основе этилового бензина (например, Е10, Е85) и их сочетания. Как показано, топливный бак 20b может быть соединен с топливным насосом 21 для подачи топлива в топливную рампу под давлением. Также топливный бак 20b может быть соединен с фильтром 27 для накопления паров топлива, в котором может осуществляться накопление паров топлива, выпускаемых из топливного бака 20b. Фильтр 27 для накопления паров топлива может быть заполнен адсорбентом в целях временного улавливания паров топлива (включая испаряющиеся углеводороды) во время операций по повторному наполнению топливного бака и «потерь в процессе работы» (а именно испарившихся во время работы транспортного средства). В одном примере используемым адсорбентом является активированный уголь. Фильтр 82 для паров топлива может быть соединен с атмосферой с помощью впускного клапана фильтра (CVV) 95. Поток воздуха и паров между фильтром 27 для накопления паров топлива и атмосферой может быть отрегулирован при помощи CVV 95. Например, CVV 95 может осуществлять подачу газов (например, воздуха) в атмосферу из топливного бака 20b при хранении или улавливании паров топлива. CVV 95 также позволяет осуществлять подачу свежего воздуха в фильтр при продувке накопленных паров топлива. Пары топлива, выходящие из фильтра 27, например, при выполнении операции продувки, затем могут быть поданы в систему 23 впуска двигателя (например, выше или ниже по потоку дроссельной заслонки 62 или других деталей впуска), и, в конечном итоге, к впускному коллектору 44. Существует возможность регулирования потока паров при помощи продувочного клапана 97 фильтра (CPV), расположенного между фильтром для паров топлива и системой 23 впуска двигателя.
Возможно повторное наполнение топливного бака 20а газообразным топливом через топливное отверстие 54. Контрольный клапан 55 (или два контрольных клапана, расположенные последовательно для повышения надежности) может быть размещен между топливным баком 20а и топливным отверстием 54 в целях обеспечения правильного направления потока топлива. Аналогичным образом повторное наполнение топливного бака 20b жидким топливом возможно через топливное отверстие 83. Подача топлива может быть осуществлена из топливных баков 20а и 20b в форсунки двигателя 10, например, в форсунки 66а и 66b через топливные рампы 52а и 52b соответственно. Несмотря на то, что изображено соединение только одной форсунки с каждой топливной рампой, следует понимать, что дополнительные форсунки предусмотрены для каждого цилиндра 30. По варианту топливная система 18 содержит систему прямого впрыска, а форсунки 66а и 66b могут представлять собой форсунки прямого впрыска. В других вариантах реализации топливная система 18 может содержать систему впрыска во впускной канал, в которой форсунки 66а и 66b могут представлять собой топливные форсунки впрыска во впускные каналы. Тем не менее, в других вариантах реализации каждый цилиндр может содержать одну или несколько форсунок, в том числе форсунку прямого впрыска и форсунку впрыска во впускные каналы.
Насос 21 может не осуществлять нагнетание топлива из топливного бака 20b в топливную рампу 52b при условиях, когда подача жидкого топлива в двигатель нежелательна (например, в условиях выключения двигателя или в условиях, когда предпочтительна подача в двигатель исключительно газообразного топлива). Датчик 102b давления топливной рампы 52b может быть выполнен с возможностью измерять фактическое давление в топливной рампе и передавать измеряемые значения на контроллер 12 системы 14 управления. В некоторых случаях управление насосом 21 может быть осуществлено на основании показателей давления в топливной рампе, измеренных датчиком 102b, и (или) на основании значений других параметров.
Кроме того, в некоторых вариантах реализации между топливным баком 20b и топливной рампой 52b может быть размещен контрольный клапан (не показан) в целях обеспечения корректной подачи топлива из топливного бака 20b.
Топливный бак 20а может быть соединен с клапаном 32 топливного бака для регулирования давления подачи газообразного топлива в топливопровод 94. Клапан 32 топливного бака может быть включен в конструкцию для подачи газообразного топлива в топливопровод 94 под давлением, равным давлению в баке. В качестве альтернативы даже при предпочтительном высоком давлении впрыска топлива клапан топливного бака может быть активирован, осуществляя управление системой регулировки давления ниже по потоку, в целях обеспечения регулировки давления в топливной рампе до достаточно высокого уровня. Такая операция может являться предпочтительной в примерах, где поток газообразного топлива высокого давления, проходящий через различные детали, которые могут входить в состав топливопровода 94 (например, фильтры, клапаны и т.д.) может приводить к разрушению компонентов.
Топливный бак 20а также может быть соединен с системой 34 регулирования давления в целях обеспечения подачи газообразного топлива в топливную рампу 52а, а оттуда - в форсунку 66а под переменным давлением. По варианту в топливном баке 20а может осуществляться хранение газообразного топлива в диапазоне давлений 10-700 бар, при этом система 34 регулирования давления может осуществлять регулирование давления в топливной рампе в переменном диапазоне от 2 до 40 бар (например, от 2 до 10 бар для топлива CNG).
Как подробно изображено на фиг. 1В, система 34 регулирования давления содержит регулятор 38 давления. Регулятор 38 давления содержит камеру 84 высокого давления, в которую поступает газообразное топливо из топливного бака 20а по топливопроводу 94; камеру 86 низкого давления, которая осуществляет подачу газообразного топлива под регулируемым давлением в топливную рампу 52а, и камеру 88 опорного давления. Подобно механическому регулятору давления, регулятор 38 давления состоит из мембраны 98 и клапана 100. Положение клапана 100 относительно отверстия в стенке 104, отделяющей камеру 84 высокого давления от камеры 86 низкого давления, определяет скорость потока газа из камеры 84 высокого давления в камеру 86 низкого давления. Положение клапана 100 зависит от давления в камере 88 опорного давления и камере 86 низкого давления, а также от силы упругости пружины 96, соединенной с нижней частью регулятора 38 давления с одной стороны и с нижней частью мембраны 98 с другой стороны. По мере увеличения давления в камере опорного давления необходимо создание все более высокого давления в камере 86 низкого давления для достижения любого заданного положения клапана 100. Например, камера высокого давления может сообщаться по текучей среде с камерой низкого давления с помощью отверстия, когда давление в камере опорного давления превышает пороговое значение, которое соответствует давлению, при котором мембрана перемещает клапан 100 над стенкой 104. По мере уменьшения давления в камере опорного давления в камере 86 низкого давления необходимо более низкое давление для достижения равновесия сил. Однако в отличие от механических регуляторов давления, которые осуществляют управление давлением в камере опорного давления до достижения фиксированного постоянного давления в целях обеспечения фиксированного постоянного регулирующего давления в камере низкого давления, система 34 регулирования давления предусматривает трубопроводы и клапаны повышения и понижения давления, которые обеспечивают возможность изменения давления в камере опорного давления, что, в свою очередь, позволяет изменять регулирующее давление в камере низкого давления. Как показано на фиг. 1А-1В, клапан 80 повышения давления находится в трубопроводе 90 повышения давления, соединяющем камеру низкого давления с камерой опорного давления, а клапан 82 понижения давления находится в трубопроводе 92 понижения давления, который может соединять камеру опорного давления с одним или несколькими впускными коллекторами, картером, фильтром для накопления паров топлива, вакуумным эжектором, вакуумным насосом или атмосферой, По варианту любой один (но не оба) из клапанов 80 и 82 может быть заменен отверстием с неизменной геометрией постоянной формы, например, дросселем продольной подачи, раструбом или диафрагмой с острыми краями. В соответствии с приведенным ниже описанием способов для фиг. 2-3 управление клапанами 80 и 82 может быть осуществлено в целях изменения давления в камере 88 опорного давления, вследствие чего изменяется регулирующее давление в камере 86 низкого давления. Например, в определенных условиях эксплуатации двигателя, может оказаться предпочтительным повысить давление в топливной рампе с фактического значения для того, чтобы выполнить впрыск топлива в цилиндры двигателя под более высоким давлением. Клапан 80 повышения давления может быть открыт для обеспечения подачи газообразного топлива из камеры 86 низкого давления в камеру 88 опорного давления; таким образом, давление в камере опорного давления повышается. Повышение давления в камере опорного давления обеспечивает повышение давления топлива в камере 86 низкого давления (регулирующего давления) вследствие перемещения мембраны 98 к стенке 104. По варианту при других условиях эксплуатации двигателя может оказаться предпочтительным понизить давление в топливной рампе с фактического значения для того, чтобы выполнить впрыск топлива в цилиндры двигателя под более низким давлением. Для этого может быть открыт клапан 82 понижения давления для выпуска газообразного топлива из камеры 88 опорного давления, благодаря чему происходит снижение давления в камере опорного давления и, в свою очередь, снижение регулирующего давления топлива в камере 86 низкого давления вследствие перемещения мембраны 98 от стенки 104. Газообразное топливо, выпускаемое из камеры опорного давления путем открывания клапана 82 понижения давления, может быть подано в систему 8 двигателя по каналу 92, например, во впускной коллектор 44, картер 79, вакуумный эжектор или вакуумный насос, или в фильтр 27 для накопления паров топлива. Другой вариант предусматривает возможность выпуска газообразного топлива в атмосферу.
Следует понимать, что в вариантах реализации, где клапан 80 заменен отверстием с неизменной геометрией постоянной формы, полнопроходной клапан 82 оказывается под самым низким возможным давлением в камере опорного давления, а запорный клапан 82 оказывается под самым высоким возможным давлением в камере опорного давления. В противном случае если клапан 82 заменен отверстием с неизменной геометрией постоянной формы, полнопроходной клапан 80 перекрывает небольшое отверстие клапана 82, а давление в камере опорного давления повышается, поскольку запорный клапан 80 выполняет сброс давления в камере опорного давления, при этом понижается давление.
Регулируемый клапан 36 топливной рампы, встроенный в топливопровод 94, может быть закрыт во избежание возникновения соединения между регулятором 38 давления и топливной рампой 52а в условиях, когда подача газообразного топлива в двигатель является нежелательной (например, в условиях выключенного двигателя или в условиях, когда предпочтительна подача в двигатель исключительно жидкого топлива). В противном случае регулируемый клапан 36 топливной рампы может быть открыт таким образом, чтобы обеспечивать возможность подачи топлива из регулятора 38 давления в топливную рампу 52а. В отличие от клапанов в системах, которые изменяют давление в топливной рампе путем выполнения рабочего цикла клапана, расположенного между регулятором давления и топливной рампой, регулируемый клапан 36 топливной рампы может представлять собой простой клапан, имеющий только полностью открытое и полностью закрытое положения, и который не служит для изменения давления подачи топлива в топливную рампу. Тем не менее, в других вариантах система 34 регулирования давления может выполнять рабочий цикл регулируемого клапана 36 топливной рампы на основании данных датчика давления топливной рампы, благодаря чему клапан работает совместно или заменяет другие механизмы регулирования давления систем во время выбора условий эксплуатации.
Система 34 регулирования давления может регулировать давление в топливной рампе на основании показаний электронных датчиков топливной рампы. Датчик давления 102а топливной рампы может быть выполнен с возможностью измерения фактического давления в топливной рампе и передачи результатов измерений контроллеру 12 системы 14 управления. Если фактическое давление в топливной рампе находится за пределами диапазона предпочтительного давления в топливной рампе, определенного на основании условий эксплуатации двигателя, контроллер может осуществлять управление клапанами 80 и 82 для достижения желаемого давления в топливной рампе и открывать клапан 36 для создания сообщения по текучей среде между регулятором давления и топливной рампой.
В некоторых вариантах контрольный клапан (не показан) может быть размещен между топливным баком 20а и системой 34 регулирования давления в целях обеспечения надлежащей подачи топлива из топливного бака. Датчик давления выпускного трубопровода бака (или датчик давления) 33 может быть расположен выше по потоку относительно системы 34 регулировки давления, и ниже по потоку относительно топливного бака 20а для выполнения оценки давления в топливопроводе 94 перед регулированием давления топлива системой 34 регулирования давления. Иными словами, датчик давления 33 может обеспечивать оценку входного давления топлива со стороны более высокого давления регулятора 38 давления. Коалесцирующий фильтр (не показан) может быть расположен со стороны более низкого давления регулятора 38 давления так, что регулируемый клапан 36 топливной рампы находится между регулятором 38 давления и коалесцирующим фильтром.
На фиг. 2 показан пример способа 200 работы системы регулирования давления на фиг. 1А-1В. Следует понимать, что словосочетание «давление в топливной рампе» в способе 200 относится к давлению топливной рампы 52а, соединенной с системой 34 регулирования давления и топливным баком высокого давления (газообразного топлива), а не к давлению в топливной рампе 52b, соединенной с топливным баком 20b.
При выполнении этапа 202 способ предусматривает определение предпочтительного давления топлива в топливной рампе на основании режиме эксплуатации двигателя. Условия эксплуатации двигателя могут предусматривать, например, число оборотов двигателя, необходимый крутящий момент, условия окружающей среды (например, температуру, давление, влажность и т.д.), температуру двигателя, уровень топлива в топливном баке, условие холодного запуска двигателя и т.д. Оценка этих условий может быть выполнена при помощи входных сигналов датчиков 16 системы 14 управления. По варианту, когда условия эксплуатации двигателя предусматривают холодный запуск двигателя, предпочтительное давление впрыска топлива может быть более низким, которое может быть достигнуто топливными форсунками даже при маргинальном напряжении для открывания форсунок при холодном запуске. Аналогичным образом, когда условия эксплуатации двигателя предусматривают низкую потребность в топливе, например, в условиях низкой нагрузки, предпочтительное давление впрыска топлива может быть более низким в целях уменьшения износа форсунок (например, за счет поправки на более длительную продолжительность импульса, и, следовательно, достижение воспроизводимости впрыска меньшего объема). Для сравнения, в условиях пиковой потребности в топливе предпочтительное давление в топливной рампе может быть более высоким. По варианту предпочтительное давление топлива в топливной рампе может быть сохранено в запоминающем устройстве системы 14 управления. Определение предпочтительного давления топлива в топливной рампе может представлять собой определенную процедуру, выполняемую через определенные интервалы в ходе всей эксплуатации системы 8 двигателя, или может быть выполнено с перерывами в случае изменения значения определенного параметра эксплуатации двигателя.
При выполнении этапа 204 способ 200 содержит определение нахождения предпочтительного давления в топливной рампе в диапазоне фактического давления в топливной рампе. Например, система 14 управления может выполнять такое определение путем получения показаний датчиков о фактическом давлении в топливной рампе 52а от датчика давления 102а топливной рамы, и сравнения значения показания с накопленным значением предпочтительного давления в топливной рампе с помощью использования контроллера 12. Диапазон может быть определен заранее, при этом чувствительность двигателя к изменениям давления в топливной рампе может являться одним из факторов при определении такого заранее заданного диапазона. Может существовать один заранее заданный диапазон, который является применимым в отношении всех значений предпочтительного давления в топливной рампе, что тоже самое, различные значения предпочтительного давления в топливной рампе могут быть связаны с различными заранее заданными диапазонами.
При получении положительного ответа на этапе 204 способ 200 переходит к этапу 208 для ожидания определения изменений условий эксплуатации двигателя, как подробно описано ниже. Например, если фактическое давление в топливной рампе находится в пределах диапазона предпочтительного давления в топливной рампе, необходимость в регулировке клапанов системы регулирования давления в целях изменения давления в топливной рампе может отсутствовать до момента выявления изменения условий эксплуатации двигателя, что приводит к изменению значений предпочтительного давления в топливной рампе.
В других случаях, если ответ на этапе 204. является отрицательным, способ 200 переходит к этапу 206 для управления клапанами системы регулирования давления, например, способом, показанным на фиг. 3. В соответствии с подробным описанием для фиг. 3 этот способ может предусматривать управление клапанами для повышения или понижения регулирующего давления, которое, в свою очередь, может повышать или понижать давление в топливной рампе. Следует понимать, что, хотя управление клапанами регулирования давления осуществляют для изменения регулирующего давления, двигатель может работать или не работать на разном топливе, например, на топливе из бака 20b на фиг. 1А.
После выполнения этапа 206 способ 200 переходит к этапу 208. При выполнении этапа 208 способ 200 предусматривает определение наличия изменений условий эксплуатации двигателя. Определение наличия таких изменений может быть выполнено с заданными интервалами или с перерывами. Например, после того как управление клапанами системы регулировки давления было первоначально выполнено в целях достижения предпочтительного уровня давления в топливной рампе, регулятор давления может выполнять регулирование давления в топливной рампе до достижения неизменного постоянного давления. Затем контроллер может выполнять периодическую оценку условий эксплуатации двигателя. В случаях выявления периодической оценкой изменений условий эксплуатации двигателя (например, изменений, которые могут влиять на предпочтительный уровень давления в топливной рампе, например, увеличение нагрузки оператором), ответ на этапе 208 является положительным, и способ 200 может вернуться к этапу 202 для определения предпочтительного уровня давления топлива в изменившихся условиях эксплуатации двигателя. В противном случае после выполнения этапа 206 регулятор давления может выполнять регулирование давления в топливной рампе до неизменного постоянного значения (например, предпочтительного давления в топливной рампе) до тех пор, пока контроллер не выдает показание прерывания, обозначающее изменение условий эксплуатации двигателя. В случае прерывания ответ на этапе 208 является положительным, а способ 200 может вернуться к этапу 202 для определения предпочтительного уровня давления топлива в изменившихся условиях эксплуатации двигателя.
Применение способа 200 может осуществляться непрерывно в ходе эксплуатации двигателя, таким образом обеспечивая регулирование давления в топливной рампе до необходимого значения при изменении условий эксплуатации двигателя. Следует понимать, что в ходе эксплуатации двигателя предпочтительный уровень давления в топливной рампе может неоднократно изменяться, а операции управления клапанами регулирования давления могут быть выполнены много раз для достижения различных значений предпочтительного уровня давления в топливной рампе. Например, при холодном запуске двигателя, управления клапанами может быть осуществлено для регулирования давления в топливной рампе до первого предпочтительного значения давления в топливной рампе. После прогревания двигателя изменения условий его эксплуатации могут приводить к изменению предпочтительного давления в топливной рампе, изменяющегося с первого значения предпочтительного давления в топливной рампе на второе предпочтительное значение давления в топливной рампе, и управление клапанами может быть осуществлено в целях регулирования давления в топливной рампе до второго значения предпочтительного давления в топливной рампе. Последующие изменения условий эксплуатации двигателя могут служить причиной дальнейших действий по управлению клапанами в целях регулирования давления в топливной рампе до третьего значения предпочтительного давления в топливной рампе, четвертого значения предпочтительного давления в топливной рампе и так далее. Аналогичным образом, следует понимать, что предпочтительное давление газообразного топлива в топливной рампе может изменяться в зависимости от того, работает ли двигатель с впрыском исключительно газообразного топлива, газообразного и жидкого топлива или только жидкого топлива. Например, в некоторых вариантах способ 200 может быть реализован частично, или не реализован вовсе при условиях предпочтительного впрыска исключительно жидкого топлива (например, из топливного бака 20b через топливную рампу 52b).
По варианту способ 300 управления клапанами системы регулирования давления (например, системы 34 регулирования давления на фиг. 1А-1В), направленный на достижение предпочтительного давления в топливной рампе, показан на фиг. 3. Способ 300 может быть выполнен на этапе 206 способа 200. В соответствии с приведенным выше описанием способа 200, следует понимать, что словосочетание «давление в топливной рампе» в описании способа 300 относится к давлению в топливной рампе, подключенной к системе регулировки давления топливному баку (газообразного топлива) высокого давления (например, топливной рампе 52а), а не к давлению в топливной рампе, подключенной к топливному баку жидкого топлива (например, топливной рампе 52b).
При выполнении этапа 302 способ 300 предусматривает определение необходимости повышения или понижения давления для достижения предпочтительного давления в топливной рампе (например, предпочтительного давления в топливной рампе, определенного на этапе 202 способа 200). По варианту контроллер 12 может выполнять операцию, определяющую более высокое и более низкое предпочтительное и фактическое давление в топливной рампе на основании показаний датчиков.
Если определено, что предпочтительное давление в топливной рампе является более высоким, чем фактическое давление в топливной рампе, ответом на этапе 302 является увеличение, а способ 300 переходит к этапу 304. При выполнении этапа 304 способ 300 содержит определение степени и длительности открывания клапана повышения давления. Продолжительность открывания может представлять собой временной интервал, число событий или иной подобный отрезок времени. Объем открывания может представлять собой степень открывания, такую как величина открывания. Величину открывания и длительность открывания на этом этапе могут определять как значения, позволяющие достигать предпочтительного давления в топливной рампе. Возможно осуществление управления операцией путем изменения величины открывания и длительности открывания клапана повышения давления, а также скорости повышения давления в камере низкого давления. В некоторых вариантах может оказаться предпочтительным минимизировать величину открывания клапана повышения давления и максимально увеличить длительность открывания, чтобы замедлить повышение давления в топливной рампе, чтобы таким образом обеспечить плавный переход без воздействий, которые может заметить оператор транспортного средства. В других вариантах может оказаться желательным максимально открыть клапан повышения давления и минимизировать длительность открывания в целях максимально быстрого повышения давления в топливной рампе (например, в момент внезапного ускорения). В противном случае клапан повышения давления может представлять собой простой клапан, управление которым позволяет переводить его в полностью открытое или полностью закрытое положение. В этом случае определение величины открывания может предусматривать определение (полностью) открытого состояния клапана, а длительность открывания является единственным контролируемым параметром.
После определения величины открывания и длительности открывания клапана повышения давления способ 300 переходит от выполнения этапа 304 к этапу 306. При выполнении этапа 306 способ 300 предусматривает закрывание клапана понижения давления и открывание клапана повышения давления до достижения величины открывания, определенной на этапе 304. В одном варианте открывание и закрывание клапанов повышения и понижения давления может быть выполнено при помощи электромагнитных исполнительных механизмов под управлением РСМ. В другом варианте каждый клапан может быть открыт и закрыт при помощи исполнительного механизма другого типа. В зависимости от фактического положения клапана понижения давления, этап закрывания клапана понижения давления может также не содержать действий (если клапан понижения давления уже закрыт) или закрытие клапана понижения давления (если он открыт). Аналогичным образом, в зависимости от фактического положения клапана повышения давления, этап открывания клапана повышения давления до нужной величины открывания может предусматривать открывание указанного клапана до нужной величины открывания из полностью закрытого положения или изменение величины открывания клапана повышения давления, если он уже открыт.
После выполнения этапа 306 способ 300 переходит к этапу 308. При выполнении этапа 308 способ 300 предусматривает определение окончания времени открывания клапана. Например, контроллер может выполнять операцию по сравнению расчета с числовым значением, соответствующим определяемой длительности открывания через заранее определенные интервалы. Если определено, что длительность открывания клапана не истекла, ответ на этапе 308 является отрицательным, а способ 300 возвращается к выполнению этапа 308 в целях выполнения повторной проверки окончания времени открывания, например, после окончания заранее определенного интервала. После получения положительного результата проверки окончания длительности открывания, способ 300 переходит от этапа 308 к этапу 310. В противном случае контроллер может увеличивать счет при каждом тактовом сигнале, начиная с момента открывания клапана повышения давления, и может осуществлять прерывание, когда счетчик достигает числа, соответствующего длительности открывания, определенной на этапе 304. При прерывании на входе выполнения способа 300 возможен переход от этапа 308 к этапу 310.
При выполнении этапа 310 способ 300 предусматривает закрытие клапана повышения давления. Например, контроллер может осуществлять управление исполнительным механизмом клапана повышения давления в целях закрывания клапана. После выполнения этапа 310 способ 300 завершается.
Однако если определено, что предпочтительное давление в топливной рампе должно быть ниже, чем фактическое давление в топливной рампе на этапе 302, ответом является уменьшение, а способ 300 переходит от этапа 302 к этапу 312. При выполнении этапа 312 способ 300 содержит определение величины открывания и длительности открывания клапана понижения давления. Величину открывания и длительность открывания на этом этапе могут составлять значения, которые приводят к достижению предпочтительного уровня давления в топливной рампе. Путем изменения величины открывания и длительности открывания клапана понижения давления можно осуществлять управление скоростью снижения давления в камере низкого давления в порядке, аналогичном описанному выше, в отношении клапана повышения давления. Однако в отличие от клапана повышения давления, клапан понижения давления встроен в трубную муфту камеры опорного давления регулятора давления с одним или несколькими впускными коллекторами, картером, фильтром для накопления паров топлива, вакуумным эжектором, вакуумным насосом, выводом в атмосферу и т.д., как показано на фиг. 1А-1В. Соответственно, при определении величины открывания и длительности открывания клапана понижения давления возможен учет дополнительных факторов, в зависимости от направления трубопровода клапана понижения давления (например, трубопровода 92 на фиг. 1А-1В), а также в зависимости от условий эксплуатации двигателя. В противном случае клапан понижения давления может представлять собой простой клапан, управление которым позволяет переводить его в полностью открытое или полностью закрытое положение. В этом случае определение величины открывания может предусматривать определение (полностью) открытого состояния клапана, а длительность открывания является единственным контролируемым параметром.
После определения величины открывания и длительности открывания клапана понижения давления способ 300 переходит от этапа 312 к этапу 314. При выполнении этапа 314 способ 300 содержит закрывание клапана повышения давления и открывание клапана понижения давления на величину открывания, определенную на этапе 312. В одном варианте открывание клапанов понижения и повышения давления может быть выполнено при помощи электромагнитных исполнительных механизмов под управлением РСМ. В другом варианте каждый клапан может быть открыт при помощи исполнительного механизма другого типа. В зависимости от фактического положения клапана повышения давления, этап закрывания этого клапана может также не содержать действий (если клапан повышения давления уже закрыт), или закрывание клапана повышения давления (если клапан повышения давления открыт). Аналогичным образом, в зависимости от положения клапана понижения давления, этап открывания клапана понижения давления до необходимой величины открывания может предусматривать открывание клапана понижения давления до нужной величины открывания из полностью закрытого положения, или изменение величины открывания клапана понижения давления, если он уже приоткрыт.
Следует понимать, что при открытом клапане понижения давления газообразное топливо поступает из камеры опорного давления в регулятор. По предпочтительному варианту газообразное топливо, поступающее из камеры опорного давления на этом этапе, подается во впускной коллектор двигателя или в фильтр для накопления паров топлива. Однако в других вариантах подача газообразного топлива может быть осуществлена в другое место, и (или) его подача может быть осуществлена с помощью одного или нескольких эжекторов/диффузоров/аспирационных колонок в целях создания вакуума.
После выполнения этапа 314 способа 300 переходят к этапу 316. При выполнении этапа 316 в способе 300 предусмотрено определение окончания времени открывания, например, способом, описанным выше в отношении этапа 308. Если установлено, что время открывания не истекло, ответ на этапе 316 является отрицательным, способ 300 возвращается к этапу 316. В случае определения окончания времени открывания ответ на этапе 316 является отрицательным, а способ 300 переходит к этапу 318.
При выполнении этапа 318 способ 300 содержит закрывание клапана понижения давления. Например, контроллер может осуществлять управление исполнительным механизмом клапана понижения давления в целях закрывания клапана. После выполнения этапа 318 способ 300 завершается.
Следует понимать, что после завершения применения способа 300, независимо от того, применялся ли способ для повышения или понижения давления в топливной рампе, клапаны понижения и повышения давления закрыты. Соответственно, после выполнения способа 300, камера опорного давления регулятора давления может быть изолирована за счет двух закрытых клапанов, а регулятор может регулировать давление в топливной рампе до неизменного постоянного значения (например, первого предпочтительного давления в топливной рампе) до момента изменения предпочтительного давления в топливной рампе (например, вследствие изменений условий эксплуатации двигателя в соответствии со способом 200). Когда предпочтительное давление в топливной рампе изменяется на второе предпочтительное давление в топливной рампе, например, вследствие изменения условий эксплуатации двигателя, может быть начато применение способа 300 для изменения давления в камере опорного давления регулятора давления для регулирования давления в топливной рампе до второго предпочтительного давления в топливной рампе. Как указано в приведенном выше описании со ссылкой на фиг. 2, в ходе эксплуатации двигателя предпочтительное давление в топливной рампе может многократно изменяться и, следовательно, может быть осуществлено управление системой регулирования давления для многократного изменения регулирующего давления регулятора давления для достижения предпочтительного уровня давления в топливной рампе при заданных эксплуатационных условия двигателя. В противном случае в некоторых вариантах условия эксплуатации двигателя, влияющие на предпочтительное давление в топливной рампе, могут оставаться неизменными в ходе эксплуатации двигателя (например, в ходе одного рейса транспортного средства), но могут быть изменены от одного случая эксплуатации двигателя до другого (т.е. в разных рейсах транспортного средства, например, в летний и зимний день, или при рейсах транспортного средства на разной высоте над уровнем моря). В таких примерах способ 300 может регулировать давление в топливной рампе до одного предпочтительного значения давления в топливной рампе в ходе первого случая эксплуатации двигателя (или первого рейса транспортного средства), и до единичного другого предпочтительного давления в топливной рампе в ходе второго случая эксплуатации двигателя (или второго рейса транспортного средства).
На фиг. 4 приведен пример временных диаграмм, иллюстрирующих зависимость различных параметров системы регулирования давления, то есть системы 34 регулирования давления по фиг. 1А-1В, от времени. Фактическое давление в топливной рампе изображено на графике 410, предпочтительное давление в топливной рампе изображено на графике 420, величина открытия клапана повышения давления приведена на графике 430, а величина открытия клапана понижения давления приведена на графике 440. На каждом графике время изображено по оси X, а соответствующий эксплуатационный параметр - по оси Y.
По варианту до наступления времени t0 система регулирования давления топлива выполняет регулирование давления в топливной рампе до первого предпочтительного значения давления в топливной рампе, или с предшествующего предпочтительного значения давления в топливной рампе, или с давления в топливной рампе при запуске двигателя. Как показано, до наступления времени t0 клапаны повышения и понижения давления полностью закрыты (поскольку фактическое давление в топливной рампе равно предпочтительному давлению в топливной рампе в этот промежуток времени и не нуждается в изменении посредством открывания клапанов повышения или понижения давления).
В момент t0 предпочтительное давление в топливной рампе понижается с первого значения предпочтительного давления в топливной рампе до второго предпочтительного значения указанного давления. Для понижения фактического давления в топливной рампе до второго предпочтительного значения, клапан понижения давления может быть частично открыт в промежутке между t0 и t1, как показано на диаграмме 440. Величина открывания клапана понижения давления и интервал между временем t0 и t1 может соответствовать величине открывания и длительности открывания, определенным на этапе 312 способа 300, например. Тем временем, клапан повышения давления остается полностью закрытым в промежутке между временем t0 и t1. В момент t1 фактическое давление в топливной рампе достигает второго предпочтительного значения давления в топливной рампе, а клапан понижения давления закрыт.
С момента t1 до момента t2 предпочтительное давление топлива в рампе является вторым предпочтительным давлением в топливной рампе, а фактическое давление в топливной рампе равно второму предпочтительному значению давления в топливной рампе. Поэтому клапаны повышения и понижения давления полностью закрыты во время этого интервала, поскольку необходимость в изменении фактического давления в топливной рампе для достижения предпочтительного давления в топливной рампе отсутствует. В момент t2, однако, предпочтительное давление в топливной рампе повышается со второго предпочтительного значения до третьего предпочтительного значения. Как видно из настоящего примера, третье предпочтительное давление в топливной рампе выше второго, но ниже первого предпочтительного давления.
Для повышения фактического давления в топливной рампе до третьего предпочтительного давления в топливной рампе клапан повышения давления приоткрыт в промежутке между временем t2 и t3, как показано на графике 430. Величина открытия клапана повышения давления и интервал между временем t2 и t3 могут соответствовать величине открытия и длительности открытия, например, определенным на этапе 312 способа 300. В этом примере необходимость приведения фактического давления в топливной рампе к третьему предпочтительному значению может быть менее срочной, чем необходимость достижения второго предпочтительного значения давления в топливной рампе. Соответственно, величина открытия клапана повышения давления с момента t2 до момента t3 меньше величины открытия клапана понижения давления с момента to до момента t1, хотя длительность открытия клапана повышения давления (интервал между временем t2 и t3) больше по сравнению с длительностью открытия клапана понижения давления во время перехода от первого предпочтительного давления в топливной рампе ко второму предпочтительному давлению в топливной рампе (интервал между временем t2 и t3). Таким образом предпочтительное давление в топливной рампе может быть достигнуто за счет минимизации износа клапана в условиях эксплуатации двигателя, когда допустим более медленный переход от одного предпочтительного давления в топливной рампе к другому. При этом клапан понижения давления остается полностью закрытым с момента t2 до момента t3.
В момент t3 фактическое давление в топливной рампе достигает третьего предпочтительного значения давления в топливной рампе, а клапан повышения давления закрыт.Поскольку фактическое давление в топливной рампе равно предпочтительному давлению в топливной рампе (т.е. третьему предпочтительному давлению в топливной рампе) в период между временем t3 и t4, и отсутствует необходимость изменения этого давления для достижения предпочтительного значения давления в топливной рампе, клапаны повышения и понижения давления остаются закрытыми с момента t3 до момента t4. Однако в момент времени t4 предпочтительное давление в топливной рампе повышается с третьего предпочтительного значения давления в топливной рампе до четвертого предпочтительного давления в топливной рампе. Как видно из настоящего примера, четвертое предпочтительное давление в топливной рампе выше третьего.
В данном примере необходимость изменения фактического давления в топливной рампе с третьего на четвертое предпочтительное значение носит срочный характер (например, вследствие быстрого ускорения до условий пикового крутящего момента). Для быстрого повышения фактического давления в топливной рампе до четвертого предпочтительного значения необходимо полностью открыть клапан повышения давления с момента t4 до момента t5, как показано на графике 430. Поскольку величина открытия клапана повышения давления в этом случае больше в сравнении с величинами открытия клапанов понижения и повышения давления во время временных интервалов между t0 и t1, а также между t2 и t3, соответственно, длительность открытия для достижения предпочтительного повышения давления в топливной рампе меньше по сравнению с длительностью открытия клапанов понижения и повышения давления в интервалах между t0 и t1, а также t2 и t3, соответственно. Таким образом, при необходимости выполнения требований к давлению топлива в двигателе повышение давления в топливной рампе до предпочтительного может быть быстро достигнуто путем полного открытия клапана повышения давления. При этом клапан понижения давления остается полностью закрытым с момента t4 до момента t5.
В момент t5 фактическое давление в топливной рампе достигает четвертого предпочтительного значения, а клапан повышения давления закрыт.Поскольку фактическое давление в топливной рампе равно предпочтительному (т.е. четвертому предпочтительному давлению в топливной рампе) в промежутке между t5 и t6, а необходимость изменения давления для достижения предпочтительного уровня давления в топливной рампе отсутствует, клапаны повышения и понижения давления остаются закрытыми с момента t5 до момента t6. Однако в момент t6 предпочтительное давление в топливной рампе снижается с четвертого предпочтительного значения до пятого предпочтительного значения. Как показано, пятое предпочтительное значение давления в топливной рампе равно третьему. Тем не менее, в этом примере необходимость изменения фактического давления в топливной рампе с четвертого значения на пятое носит менее срочный характер в сравнении с переходом от третьего предпочтительного значения давления к четвертому, как описано выше. Соответственно, несмотря на то, что изменение давления в топливной рампе, необходимое в момент t6, имеет ту же величину, что и изменение давления в топливной рампе, необходимое в момент t4, величина открытия и длительность открытия клапана между указанными двумя интервалами являются различными. При этом величина открытия клапана понижения давления меньше по отношению к величине открытия клапана повышения давления в момент t3, а длительность открытия клапана понижения давления превышает длительность открытия клапана повышения давления (с момента t4 до момента t5).
В момент 17 фактическое давление в топливной рампе достигает пятого предпочтительного значения давления в топливной рампе, а клапан понижения давления закрыт (в то время как клапан повышения давления остается закрытым). Следует понимать, что после момента 17 предпочтительное давление в топливной рампе может изменяться в течение одного или нескольких дополнительных моментов, а управление клапанами повышения и понижения давления может быть осуществлено в целях достижения новых предпочтительных значений давления в топливной рампе в процессе эксплуатации двигателя и системы регулировки давления.
Следует отметить, что варианты способов управления и оценки, содержащиеся в настоящем описании, могут быть использованы применительно к различным двигателям и (или) конфигурациям систем транспортных средств. Особые способы, приведенные в настоящем описании, могут представлять собой одну или несколько стратегий обработки, например, управление по событиям, управление по прерываниям, многозадачность, многопоточность и т.д. В силу этого различные проиллюстрированные действия, операции или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях исключены. Подобным образом порядок обработки не обязательно необходимо соблюдать для достижения характеристик и преимуществ вариантов, описанных в настоящем описании; он приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или несколько проиллюстрированных действий или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, описанные действия могут графически представлять собой программный код на машиночитаемом носителе памяти в системе управления двигателем.
Необходимо отметить, что системы и способы, изложенные в данном описании, имеют иллюстративный характер и конкретные варианты или примеры реализации изобретения не следует рассматривать как ограничивающие, поскольку возможны их многочисленные варианты. Например, описанная технология может быть применена для двигателей V-6, I-4, I-6, V-12, оппозитного четырехцилиндрового и других типов двигателей. Данное раскрытие включает в себя все новые и неочевидные комбинации описанных систем и конфигураций, а также других описанных элементов, функций и/или свойств.
1. Способ регулирования давления газообразного топлива в двигателе, при котором:
увеличивают регулирующее давление в камере низкого давления регулятора давления посредством открытия первого клапана, расположенного в трубопроводе, соединяющем камеру низкого давления с камерой опорного давления регулятора давления, и направления топлива от камеры низкого давления к камере опорного давления, в то же время закрывая второй клапан, расположенный в трубопроводе, соединяющем камеру опорного давления с впускным коллектором двигателя, и затем после первой длительности открытия закрывают первый клапан таким образом, что как первый, так и второй клапаны являются закрытыми, а камера опорного давления - изолированной; и
уменьшают указанное регулирующее давление посредством закрытия первого клапана, в то же время открывая второй клапан, и затем после второй длительности открытия закрывают второй клапан таким образом, что как первый, так и второй клапаны являются закрытыми, а камера опорного давления - изолированной.
2. Способ по п. 1, при котором открытие первого клапана обеспечивает сообщение камеры низкого давления регулятора давления с камерой опорного давления независимо от того, находится ли камера низкого давления в сообщении по текучей среде с камерой высокого давления регулятора давления, а открытие второго клапана обеспечивает сообщение камеры опорного давления с впускным коллектором двигателя.
3. Способ по п. 2, при котором дополнительно осуществляют подачу газообразного топлива под регулирующим давлением из камеры низкого давления в топливную рампу двигателя.
4. Способ по п. 3, при котором дополнительно направляют газообразное топливо от топливного бака высокого давления к камере высокого давления регулятора давления, причем камера высокого давления сообщается по текучей среде с камерой низкого давления через отверстие, когда давление в камере опорного давления превышает пороговое значение.
5. Топливная система для двигателя на газообразном топливе, содержащая:
топливный бак газообразного топлива;
регулятор давления, содержащий камеру высокого давления, соединенную с топливным баком, камеру низкого давления, соединенную с топливной рампой двигателя, и камеру опорного давления;
первый клапан, управляющий потоком топлива от камеры низкого давления к камере опорного давления, причем первый клапан расположен в трубопроводе, соединяющем по текучей среде камеру низкого давления с камерой опорного давления, когда первый клапан открыт, независимо от того, находится ли камера низкого давления в сообщении по текучей среде с камерой высокого давления; и
второй клапан, управляющий потоком топлива от камеры опорного давления к двигателю;
при этом система выполнена с возможностью управления клапанами на основе данных о давлении топлива в двигателе.
6. Система по п. 5, выполненная с возможностью подачи топлива, выпускаемого из камеры опорного давления через второй клапан, в двигатель для сгорания.
7. Система по п. 6, выполненная с возможностью управления клапанами на основе электронной обратной связи по давлению.
8. Система по п. 7, в которой электронная обратная связь по давлению представляет собой обратную связь от датчика давления топливной рампы.
9. Система по п. 8, выполненная с возможностью управления клапанами в зависимости от предпочтительного давления в топливной рампе.
10. Система по п. 9, в которой топливом является сжатый природный газ (СПГ).
11. Система по п. 5, дополнительно содержащая третий клапан, расположенный в регуляторе давления, и мембрану, расположенную в регуляторе давления, причем положение третьего клапана зависит от давления в камере опорного давления, давления в камере низкого давления и пружинного усилия от пружины, установленной в камере опорного давления, причем пружина присоединена своим одним концом к нижней части регулятора давления, а другим своим концом - к нижней части мембраны.
12. Способ регулирования давления впрыска газообразного топлива двигателя, при котором:
в зависимости от требования более высокого давления топлива, открывают первый клапан в трубопроводе, соединяющем камеру опорного давления регулятора давления с камерой низкого давления регулятора, с первой длительностью открытия для обеспечения подачи газообразного топлива в камеру опорного давления из камеры низкого давления, закрывают второй клапан, расположенный в трубопроводе, соединяющем камеру опорного давления с двигателем, и затем после первой длительности открытия закрывают первый клапан таким образом, что как первый, так и второй клапаны являются закрытыми, а камера опорного давления - изолированной; и
в зависимости от требования более низкого давления топлива, закрывают первый клапан, открывают второй клапан со второй длительностью открытия для выпуска газообразного топлива из камеры опорного давления в двигатель и затем после второй длительности открытия закрывают второй клапан таким образом, что как первый, так и второй клапаны являются закрытыми, а камера опорного давления - изолированной.
13. Способ по п. 12, при котором с помощью открытия первого и второго клапанов изменяют давление в топливной рампе двигателя за счет изменения регулирующего давления в камере низкого давления и обеспечивают сообщение по текучей среде топливной рампы с камерой низкого давления.
14. Способ по п. 13, при котором дополнительно в процессе эксплуатации двигателя изменяют давление в топливной рампе в зависимости от изменения требований к давлению топлива.
15. Способ по п. 14, при котором дополнительно регулируют давление газообразного топлива из топливного бака высокого давления до регулирующего давления с помощью регулятора и обеспечивают сообщение по текучей среде топливного бака с камерой высокого давления регулятора.
16. Способ по п. 15, при котором дополнительно подачей топлива из топливного бака в камеру высокого давления регулятора управляют с помощью третьего клапана, а подачей топлива из камеры низкого давления регулятора в топливную рампу управляют с помощью четвертого клапана.
17. Способ по п. 12, при котором, когда второй клапан открыт в зависимости от требования более низкого давления топлива, величина открывания второго клапана и вторая длительность основаны на фактическом и требуемом давлениях в топливной рампе, и, когда первый клапан открыт в зависимости от требования более высокого давления топлива, величина открывания первого клапана и первая длительность основаны на фактическом и требуемом давлениях в топливной рампе.
18. Способ по п. 12, при котором камера низкого давления сообщается по текучей среде с камерой опорного давления, когда первый клапан открыт, независимо от того, находится ли камера низкого давления в сообщении по текучей среде с камерой высокого давления.
