Топливная система для двигателя на газообразном топливе и способ регулировки давления газообразного топлива

Топливная система для двигателя на газообразном топливе и способ регулировки давления газообразного топлива

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к регулированию давления впрыска в транспортных средствах, работающих на газообразном топливе.

Уровень техники

Альтернативные виды топлива были разработаны в целях снижения растущих цен на традиционные виды топлива, а также снижения выброса отработавших газов. Например, 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.

Регуляторы постоянного давления широко применяют в транспортных средствах, работающих на газообразном топливе, однако они имеют ряд недостатков. Подача топлива под постоянным, фиксированным давлением ограничивает динамический диапазон соответствующей топливной форсунки. В этой связи даже при низком потреблении топлива количество впрыскиваемого топлива остается одинаковым. Это приводит к тому, что топливная форсунка подвержена воздействию высоких давлений во время работы, что влияет на долговечность форсунки. Использование регулятора переменного давления, напротив, может увеличить динамический диапазон (или коэффициент рабочего регулирования) форсунки. Подача топлива под низким давлением при низком потреблении топлива обеспечивает большую длительность импульса впрыска топлива, которая, в свою очередь, позволяет впрыскивать меньшую стабильную массу топлива. Кроме того, изменение давления газообразного топлива позволяет использовать газообразное топливо при низком давлении во время холодного запуска двигателя, когда для открывания форсунок может быть использовано только минимальное напряжение. Кроме того, изменение давления может удовлетворить редко возникающую максимальную потребность в топливе, не снижая долговечности форсунки при каждом впрыске газообразного топлива под высоким давлением.

Несмотря на указанные потенциальные преимущества, 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. Кроме того, для приведения клапана в действие такие системы требуют использования электронной обратной связи по давлению.

Раскрытие изобретения

В одном примере некоторые из вышеуказанных проблем могут быть решены с помощью системы для двигателя, работающего на газообразном топливе, включающей в себя: бак для газообразного топлива; первый регулятор давления, имеющий камеру высокого давления, соединенную с баком для газообразного топлива, камеру низкого давления, соединенную с топливной рампой двигателя, и камеру опорного давления (эталонную); второй регулятор давления, соединенный с камерой опорного давления; первый клапан для управления потоком топлива из бака для газообразного топлива в топливную рампу двигателя; второй клапан для управления потоком топлива из второго регулятора давления в камеру опорного давления. Система также содержит контроллер с запоминающим устройством, на котором сохранены инструкции для регулировки клапанов на основании требуемого давления в топливной рампе. Таким образом, первый клапан может быть задействован для подачи газообразного топлива в топливную рампу двигателя под давлением, определенным характеристиками первого регулятора давления. Затем, при повышении требуемого давления в топливной рампе, может быть задействован второй клапан. Приведение в действие второго клапана позволяет газообразному топливу поступать через второй регулятор давления в камеру опорного давления, что приводит к увеличению давления в камере опорного давления и камере низкого давления при давлении, определенном характеристиками второго регулятора давления. Таким образом, система обеспечивает по крайней мере два различных давления в топливной рампе таким образом, что максимальная потребность в топливе может быть удовлетворена без необходимости постоянно поддерживать максимальное давление в топливной рампе.

В другом примере осуществления изобретения некоторые из вышеуказанных проблем могут быть решены с помощью способа регулирования давления газообразного топлива в двигателе, в котором повышают регулирующее давление в камере низкого давления первого регулятора давления путем управляемого увеличения потока газообразного топлива в камеру опорного давления первого регулятора через второй регулятор. Таким образом, в топливной рампе могут быть установлены несколько различных давлений с помощью изменения давления в камере опорного давления первого регулятора. Управление расходом газообразного топлива может осуществляться с помощью клапанов при изменении требуемого давления в топливной рампе, не учитывая механическую обратную связь по давлению для приведения в действие или отключения клапанов.

В еще одном примере осуществления изобретения некоторые из вышеуказанных проблем могут быть решены с помощью способа холодного запуска двигателя, в котором закрывают клапан, соединяющий бак для газообразного топлива с камерой высокого давления первого регулятора газообразного топлива, и открывают клапан, соединяющий топливную рампу с камерой опорного давления первого регулятора газообразного топлива через второй регулятор газообразного топлива. Таким образом, газообразное топливо, уже имеющееся в топливной рампе, может быть использовано для установления низкого давления впрыска, которое может быть использовано при минимальном напряжении для открывания топливных форсунок, поскольку низкое давление впрыска требует низкого напряжения на форсунках.

Вышеуказанные и прочие преимущества, а также характеристики настоящего описания ясно выражены в следующем подробном описании при рассмотрении отдельно или со ссылкой на сопроводительные 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.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 приведено схематическое изображение системы двигателя, работающего на газообразном топливе.

На Фиг. 2A приведено схематическое изображение системы регулирования давления газообразного топлива в рампе.

На Фиг. 2B приведено схематическое изображение системы регулирования давления газообразного топлива в рампе.

На Фиг. 3 представлена примерная высокоуровневая блок-схема для управления клапанами системы регулирования давления с Фиг. 2A-B.

Фиг. 4 представляет собой пример временной диаграммы, иллюстрирующий изменение различных параметров системы регулирования давления с Фиг. 2A-B во времени.

На Фиг. 5A приведено схематическое изображение системы регулирования давления газообразного топлива в рампе.

На Фиг. 5B приведено схематическое изображение системы регулирования давления газообразного топлива в рампе.

Фиг. 6 представляет собой примерную высокоуровневую блок-схему для управления клапанами системы регулирования давления с Фиг. 5A-B.

Фиг. 7 представляет собой пример временной диаграммы, иллюстрирующий изменение различных параметров системы регулирования давления с Фиг. 5A-B во времени.

Осуществление изобретения

Предложены системы и способы для регулятора переменного давления с целью управления давлением газообразного топлива в топливной рампе транспортного средства, работающего на газообразном топливе, например, транспортного средства с Фиг. 1. Регулятор переменного давления может содержать один или несколько регуляторов давления газа, соединенных с одним или несколькими клапанами, как изображено на Фиг. 2A-2B и 5A-5B. Контроллер может быть выполнен с возможностью выполнять процедуру управления, например, такую, как представлено на Фиг. 3 и 6. Примеры временных диаграмм для реализации данных систем и процедур управления показаны на Фиг. 4 и 7. Таким образом, несколько значений давления впрыска топлива могут быть установлены с помощью недорогих механических устройств.

На Фиг. 1 приведено схематическое изображение системы 6 транспортного средства. Система 6 транспортного средства включает в себя систему 8 двигателя, систему 14 управления и топливную систему 18. Система 8 двигателя может включать в себя двигатель 10, имеющий несколько цилиндров 30. Двигатель 10 включает в себя впуск 23 двигателя и выпуск 25 двигателя. Впуск 23 двигателя включает в себя дроссельную заслонку 62, соединенную по текучей среде с впускным коллектором 44 двигателя через впускной канал 42. Выпуск 25 двигателя включает в себя выпускной коллектор 48, ведущий к выпускному каналу 35, который выбрасывает выхлопные газы в атмосферу через устройство 70 снижения токсичности выхлопа. Двигатель 10 может также иметь картер 79, в котором установлен коленчатый вал (не показан), при этом коленчатый вал может быть приведен в движение путем перемещения поршней цилиндров 30. Следует понимать, что другие компоненты могут быть включены в двигатель, например, различные клапаны и датчики.

Система 14 управления, как показано, принимает данные от множества датчиков 16 (различные примеры которых указаны в данном документе) и отправляет сигналы управления на множество исполнительных механизмов 81 (различные примеры которых рассмотрены в данном описании). В качестве одного примера датчики 16 могут включать в себя датчик 124 абсолютного давления в коллекторе двигателя (MAP) и датчик 125 массового расхода воздуха (MAF) на впуске, датчик 126 выхлопных газов и датчик 127 температуры на выпуске, датчик 128 температуры в двигателе, датчик 33 давления, соединенный с топливопроводом для газообразного топлива, датчик 102 давления, соединенный с топливной рампой для газообразного топлива и т.д. Другие датчики, например, датчики давления, температуры, уровня топлива, воздушно-топливного соотношения и состава смеси, могут быть установлены в различных местах в транспортном средстве 6. В качестве другого примера исполнительные механизмы могут включать в себя топливный насос 21, топливную форсунку 66, дроссель 62, клапан 32 топливного бака и клапаны системы 34 регулирования давления. Возможные варианты систем регулирования давления описаны далее со ссылкой на Фиг. 2A-2B и Фиг. 5A-5B. Система 14 управления может включать в себя контроллер 12. Контроллер может принимать входные сигналы от различных датчиков, обрабатывать входные сигналы и запускать исполнительные механизмы в ответ на обработанные входные сигналы на основании инструкции или кода, записанного в нем, в соответствии с одной или несколькими процедурами. Примеры процедур управления приведены в данном документе со ссылкой на Фиг. 3 и 6.

Топливная система 18 может включать в себя один или несколько топливных баков. В соответствии с изображенным вариантом осуществления топливная система содержит топливный бак 20 под высоким давлением, предназначенный для подачи газообразного топлива в топливную рампу 52 посредством системы 34 регулирования давления. Топливный бак 20 может быть предназначен для хранения газообразного топлива под высоким давлением и подачи топлива в двигатель 10 через топливопровод 94 высокого давления, систему 34 регулирования давления и топливопровод 50 с регулируемым давлением. Например, газообразное топливо может представлять собой сжатый природный газ (CNG), сжиженный нефтяной газ (LPG), адсорбированный природный газ (ANG) или водородное топливо. В топливном баке 20 может храниться газообразное топливо под давлением в диапазоне от 10 до 700 бар (например, 0-100+ фунтов/дюйм² для сжиженного природного газа (LNG), 500 фунтов/дюйм² для ANG, 3600 фунтов/дюйм², или 250 бар, для CNG и 5000-10000 фунтов/дюйм² для водородного топлива).

Топливный бак 20 может быть дозаправлен газообразным горючим через топливоприемное отверстие 54. Контрольный клапан 55 (или два последовательных контрольных клапана, используемых для дублирования) могут быть установлены между топливным баком 20 и топливоприемным отверстием 54 для обеспечения правильного потока топлива. Топливо может быть подано из топливного бака 20 в форсунки двигателя 10, например, в форсунку 66, через топливную рампу 52. Несмотря на то, что изображена только одна форсунка, соединенная с топливной рампой 52, следует понимать, что для каждого цилиндра 30 предусмотрены дополнительные форсунки. В одном варианте осуществления, в котором топливная система 18 представляет собой систему прямого впрыска, форсунка 66 может представлять собой форсунку прямого впрыска. В другом варианте осуществления топливная система 18 представляет собой систему впрыска во впускные каналы, в которой форсунка 66 может представлять собой форсунку впрыска во впускные каналы. В других вариантах осуществления каждый цилиндр может включать в себя одну или несколько форсунок, включая форсунку прямого впрыска и форсунку впрыска во впускные каналы.

Топливный бак 20 может быть соединен с клапаном 32 топливного бака для регулирования давления газообразного топлива, подаваемого топливопровод 94. Клапан 32 топливного бака может быть выполнен с возможностью подачи газообразного топлива в топливопровод 94 под давлением, аналогичным давлению в баке. В качестве альтернативы клапан топливного бака может быть задействован даже при потребности в высоком давлении впрыска топлива, причем управление системой регулирования давления, расположенной ниже по потоку относительно клапана, может быть воплощено таким образом, чтобы обеспечить регулирование давления в топливной рампе до достаточно высокого значения давления. Данный процесс может быть предпочтительным в вариантах осуществления, в которых поток газообразного топлива под высоким давлением, проходящий через различные компоненты, которые могут быть включены в топливопровод 94 (например, фильтры, клапаны и т.д.), может привести к износу компонентов.

Топливный бак 20 может быть также соединен с системой 34 регулирования давления для обеспечения подачи газообразного топлива в топливную рампу 52 и из нее - в форсунку 66 при различных значениях давления. В одном варианте осуществления в топливном баке 20 может храниться газообразное топливо под давлением в диапазоне от 10 до 700 бар, при этом система 34 регулирования давления может регулировать давление в топливной рампе в различных диапазонах от 2 до 40 бар (например, от 2 до 10 бар для CNG). Как изложено далее со ссылкой на Фиг. 2A-2B и 5A-5B, система 34 регулирования давления может быть соединена с трубопроводом 92 сброса давления. Трубопровод 92 сброса давления может соединять камеру опорного давления с одним или несколькими из следующих компонентов или сред, такими как впускной коллектор, картер, угольный фильтр паров топлива, вакуум эжектора, вакуум вакуумного насоса или атмосфера.

Топливная система 18 может также включать в себя топливный бак 22, выполненный с возможностью подавать в топливную рампу 53 топливо, имеющее химические и физические свойства, отличные от свойств газообразного топлива (например, жидкое топливо). Несмотря на то, что представленные варианты осуществления включают в себя отдельные топливные рампы для двух различных видов топлива, в некоторых вариантах может быть использована общая топливная рампа. В топливном баке 22 может храниться жидкое топливо, например, бензин, топливо с различными концентрациями спирта, различные топливные смеси этанола и бензина (например, E10, E85) и/или их сочетания. Как показано, топливный бак 22 может быть соединен с топливным насосом 21 для подачи в топливную рампу 53 топлива под давлением. Топливный бак 22 может содержать датчик 114 давления и топливоприемное отверстие 83, которое может быть использовано для дозаправки топливного бака 22 жидким топливом.

Топливная рампа 53 может быть соединена с топливной форсункой 67. Топливо может быть подано из топливного бака 22 на форсунку 67 через топливную рампу 53. Несмотря на то, что изображена только одна форсунка, соединенная с каждой топливной рампой, следует понимать, что для каждого цилиндра 30 предусмотрены дополнительные форсунки. В одном варианте осуществления, в котором топливная система 18 представляет собой систему прямого впрыска, форсунка 67 может представлять собой форсунку прямого впрыска. В другом варианте осуществления топливная система 18 представляет собой систему впрыска во впускные каналы, в которой форсунка 67 может представлять собой форсунку впрыска во впускные каналы. В других вариантах осуществления каждый цилиндр может иметь одну или несколько форсунок как прямого впрыска, так и впрыска во впускные каналы.

Насос 21 может не подкачивать топливо из топливного бака 22 в топливную рампу 53, когда подача жидкого топлива в двигатель нежелательна (например, при выключенном двигателе или когда необходима только подача газообразного топлива в двигатель). Датчик 103 давления в топливной рампе, установленный на топливной рампе 53, может быть предназначен для определения текущего значения давления в топливной рампе и передачи полученного значения на контроллер 12 системы 14 управления. В некоторых вариантах осуществления управление насосом 21 может быть воплощено на основании давления в топливной рампе, измеренного датчиком 103 и/или на основании других значений параметров. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления контрольный клапан (не показан) может быть расположен между топливным баком 22 и топливной рампой 53 для обеспечения правильного потока топлива из топливного бака 22.

На Фиг. 2A и 2B представлены детальные чертежи примеров систем регулирования давления, например, системы 34 регулирования давления, представленной на Фиг. 1. Другие варианты осуществления изобретения представлены на Фиг. 5A и 5B и описаны далее. Система 34 регулирования давления включает в себя регулятор 200 высокого давления и регулятор 201 низкого давления. Регулятор 200 высокого давления содержит камеру 84 высокого давления, в которую через трубопровод 94 поступает газообразное топливо из топливного бака 20, камеру 86 низкого давления, из которой газообразное топливо, регулируемое по давлению, поступает через топливопровод 50 с регулируемым давлением в топливную рампу 52 и камеру 88 опорного давления. Аналогично механическому регулятору давления регулятор 200 высокого давлению имеет мембрану 98 и клапан 100. Положение клапана 100 относительно отверстия в стенке 104, разделяющей камеру 84 высокого давления и камеру 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 силы сжатия, создаваемой пружиной 96, соединенной с нижней частью регулятора 38 с одного конца и нижней частью мембраны 98 с другого конца. Когда давление в камере опорного давления повышается, в камере 86 низкого давления необходимо более высокое давление для достижения какого-либо заданного положения клапана 100. Например, камера высокого давления может сообщаться с камерой низкого давления через отверстие, если давление в камере опорного давления превышает пороговое значение, которое соответствует давлению, при котором мембрана перемещает клапан 100 в область выше стенки 104. Когда давление в камере опорного давления понижается, в камере 86 низкого давления необходимо создать более низкое давление для достижения равновесия сил.

Однако в отличие от механических регуляторов давления, которые устанавливают постоянное, фиксированное давление в камере опорного давления, чтобы обеспечить постоянное, фиксированное регулирующее давление в камере низкого давления, система 34 регулирования давления соединяет регулятор 201 низкого давления с камерой 88 опорного давления, обеспечивая изменение давления в камере опорного давления, при этом давление в камере опорного давления, в свою очередь, изменяет регулирующее давление в камере 86 низкого давления.

В большинстве случаев, когда бак 20 для газообразного топлива соединен с системой 34 регулирования давления, камера 84 высокого давления содержит газообразное топливо под более высоким давлением, чем в камере 86 низкого давления. Газообразное топливо, содержащееся в баке 20 для газообразного топлива под высоким давлением, может быть подано в камеру 84 высокого давления через топливопровод 94 высокого давления. Количество газообразного топлива в камере 84 высокого давления может быть затем направлено в камеру 86 низкого давления через клапан 100 таким образом, что давление газообразного топлива в камере 86 низкого давления будет ниже, чем в камере 84 высокого давления. Таким образом, газообразное топливо может быть направлено в топливопровод 50 с регулируемым давлением и далее в топливную рампу 52 под давлением более низким, чем в топливопроводе 94 высокого давления и баке 20 для газообразного топлива.

В вариантах осуществления, изображенных на Фиг. 2A и 2B, система 34 регулирования давления содержит основной клапан 205. В данных вариантах осуществления система 34 регулирования давления имеет вспомогательный топливопровод 210. Как показано, регулятор 201 низкого давления и вспомогательный клапан 215 соединены со вспомогательным топливопроводом 210. Как показано, трубопровод 92 сброса давления также соединен со вспомогательным топливопроводом 210. Трубопровод 92 сброса давления может иметь отверстие 220 с постоянным или изменяемым размером. В некоторых вариантах осуществления отверстие 220 может быть заменено регулируемым клапаном.

Регулятор 201 низкого давления может включать в себя каналы для входного давления, выходного давления и опорного давления. Как показано на Фиг. 2A и 2B, трубопровод может соединять камеру опорного давления регулятора низкого давления с атмосферой. В других вариантах осуществления регулятор 201 низкого давления может иметь независимо создаваемое опорное давление. В данных вариантах осуществления трубопровод сброса давления, обеспечивающий постоянный сброс давления, может не понадобиться, поскольку регулятор низкого давления может быть способен повышать и понижать давление на участке ниже по потоку, в камере 88 опорного давления.

В примере с Фиг. 2A основной клапан 205 соединен с топливопроводом 94 высокого давления выше по потоку от отвода для вспомогательного топливопровода 210. Основной клапан 205 может быть приведен в действие и отключен с помощью сигналов контроллера 12. Если была подана команда открыть основной клапан 205, то газообразное топливо в топливопроводе 94 высокого давления может поступать в камеру 84 высокого давления регулятора 200 высокого давления и в регулятор 201 высокого давления через вспомогательный топливопровод 210.

В варианте осуществления изобретения с Фиг. 2A вспомогательный клапан 215 соединен со вспомогательным топливопроводом 210 ниже по потоку от регулятора 201 низкого давления. При открытом основном клапане 205, если вспомогательный клапан 215 открыт, газообразное топливо может быть подано из регулятора низкого давления в камеру 88 опорного давления регулятора 200 высокого давления. Таким образом, давление в камере опорного давления может быть повышено. Повышенное давление в камере опорного давления увеличивает давление топлива в камере 86 низкого давления (регулирующее давление), благодаря перемещению мембраны 98 к стенке 104. Это, в свою очередь, повышает давление топлива, направляемого в топливопровод 50 с регулируемым давлением и ниже по потоку к топливной рампе 52. Если после этого закрывается вспомогательный клапан 215, то газообразное топливо может быть откачано из камеры опорного давления через отверстие 220 в трубопровод 92 сброса давления. Таким образом, давление в камере опорного давления может вернуться на стационарный уровень, что снижает регулирующее давление в камере 86 низкого давления. Это, в свою очередь, понижает давление топлива, направляемого в топливопровод 50 с регулируемым давлением и ниже по потоку к топливной рампе 52. Газообразное топливо, выпущенное из камеры опорного давления с помощью закрывания вспомогательного клапана 215, может быть направлено в систему 8 двигателя через трубопровод 92 сброса давления, например, во впускной коллектор 44, картер 79, вакуум эжектора, вакуум вакуумного насоса или угольный фильтр 27 паров топлива. В качестве альтернативы откачанное газообразное топливо может быть удалено в атмосферу.

В варианте осуществления изобретения с Фиг. 2B основной клапан 205 соединен с топливопроводом 50 с регулируемым давлением выше по потоку от регулятора 200 высокого давления. Основной клапан 205 может быть приведен в действие и отключен сигналами контроллера 12. В случае соединения с топливопроводом с регулируемым давлением, основной клапан 205 может быть использован в качестве блокирующего клапана топливной рампы и может быть закрыт для предотвращения сообщения между системой 34 регулирования давления и топливной рампой 52, когда подача газообразного топлива в двигатель нежелательна (например, при выключенном двигателе, или когда необходима только подача жидкого топлива в двигатель). В противном случае, основной клапан 205 может быть открыт, чтобы топливо могло поступать из системы 34 регулирования давления в топливную рампу 52. В отличие от клапанов в системах, которые изменяют давление в топливной рампе за счет циклической работы клапана, расположенного между регулятором давления и топливной рампой, основной клапан 205 может быть простым клапаном, который можно переключать между полностью открытым и полностью закрытым положениями, и который не используется для изменения давления топлива, подаваемого в топливную рампу. Однако в других вариантах осуществления система 34 регулирования давления может управлять рабочим циклом основного клапана 205 на основании обратной связи от датчика давления в топливной рампе таким образом, чтобы клапан работал совместно с другими механизмами регулирования давления систем или заменял их при выбранных рабочих условиях.

В примере осуществления изобретения с Фиг. 2B вспомогательный клапан 215 соединен со вспомогательным топливопроводом 210 выше по потоку от регулятора 201 низкого давления. При открытом основном клапане 205, если вспомогательный клапан 215 открыт, газообразное топливо может поступать из топливного бака в регулятор низкого давления и далее в камеру опорного давления 88 регулятора 200 высокого давления. Таким образом, может быть повышено давление в камере опорного давления, что увеличивает давление топлива в камере 86 низкого давления (регулирующее давление), благодаря перемещению мембраны 98 к стенке 104. Это, в свою очередь, повышает давление топлива, направляемого в топливопровод 50 с регулируемым давлением и ниже по потоку к топливной рампе 52. Если после этого закрывается вспомогательный клапан 215, то газообразное топливо может быть откачано из камеры опорного давления через отверстие 220 в трубопровод 92 сброса давления. Таким образом, давление в камере опорного давления может быть возвращено к стационарному уровню, что понижает регулирующее давление в камере 86 низкого давления. Это, в свою очередь, понижает давление топлива, направляемого в топливопровод 50 с регулируемым давлением и ниже по потоку к топливной рампе 52. При закрывании клапана 215 пополнение камеры 88 опорного давления прекращается, и давление в камере 88 опорного давления будет выровнено относительно давления в трубопроводе 92. Газообразное топливо, выпущенное из камеры 88 опорного давления через трубопровод 92 сброса давления, может быть направлено в систему 8 двигателя, например, во впускной коллектор 44, картер 79, вакуум эжектора, вакуум вакуумного насоса или угольный фильтр 27 паров топлива. В качестве варианта откачанное газообразное топливо может быть удалено в атмосферу.

Следует понимать, что термины «регулятор высокого давления» и «регулятор низкого давления» (и/или «регулятор более высокого давления» и «регулятор более низкого давления») использованы в данном документе для того, чтобы охарактеризовать регуляторы в зависимости от относительных давлений газообразного топлива на выходах регуляторов. Другими словами, в большинстве случаев давление газообразного топлива, выходящего из регулятора высокого давления, отрегулировано таким образом, чтобы оно было больше давления газообразного топлива, выходящего из регулятора низкого давления. В одном варианте регулятор высокого давления может устанавливать давление на 7 бар, а регулятор низкого давления может устанавливать давление на 3 бар. В вариантах, изображенных на Фиг. 2A и 2B, если основной клапан 205 открыт, а вспомогательный клапан 215 закрыт, то газообразное топливо, выходящее из камеры 86 низкого давления, будет иметь на выходе давление, равное 7 бар. Если после этого открывается вспомогательный клапан 215, то газообразное топливо может быть подано в камеру опорного давления 88 под давлением 3 бар. В свою очередь, газообразное топливо, выходящее из камеры 86 низкого давления, будет иметь на выходе давление, равное 10 бар.

Система 34 регулирования давления может регулировать давление в топливной рампе на основании электронной обратной связи от топливной рампы. Датчик 103 давления в топливной рампе может быть выполнен с возможностью определения текущего значения давления в топливной рампе и передачи полученного значения на контроллер 12 системы 14 управления. Если текущее давление в топливной рампе находится вне пределов диапазона требуемого давления в топливной рампе, определенного на основании условий работы двигателя, то контроллер может осуществить управление клапанами 205 и 215 с целью создания требуемого давления в топливной рампе. Пример процедуры управления для возможных систем регулирования давления, изображенных на Фиг. 2A и 2B, представлена на Фиг. 3.

Регуляторы переменного давления, представленные на Фиг. 2A и 2B (а также регуляторы переменного давления, представленные на Фиг. 5A и 5B) могут задействовать систему для двигателя, работающего на газообразном топливе и включающую в себя бак для газообразного топлива; первый регулятор давления с камерой высокого давления, соединенной с баком для газообразного топлива, камерой низкого давления, соединенной с топливной рампой двигателя, и камерой опорного давления; второй регулятор давления, соединенный с камерой опорного давления; первый клапан для управления потоком топлива из бака для газообразного топлива в топливную рампу двигателя; второй клапан для управления потоком топлива из второго регулятора давления в камеру опорного давления; и контроллер с запоминающим устройством, на котором сохранены инструкциями для регулировки клапанов на основании требуемого давления в топливной рампе. В некоторых вариантах осуществления первый регулятор давления может быть регулятором высокого давления, а второй регулятор давления может быть регулятором низкого давления. Система может также включать в себя первый топливопровод, соединяющий бак для газообразного топлива с камерой высокого давления, и второй топливопровод, соединяющий бак для газообразного топлива с камерой опорного давления посредством второго регулятора давления и второго клапана, и может также включать в себя трубопровод для сброса давления, соединенный со вторым топливопроводом ниже по потоку от второго регулятора давления и второго клапана и выше по потоку от камеры опорного давления. Контроллер может также иметь запоминающее устройство, на котором сохранены инструкции для приведения в действие второго клапана (при задействованном первом клапане) при повышении требуемого давления в топливной рампе. Кроме того, контроллер также может содержать инструкции для отключения второго клапана (при задействованных первом и втором клапанах) при понижении требуемого давления в топливной рампе.

В некоторых вариантах осуществления изобретения топливо, выходящее из камеры опорного давления по трубопроводу сброса давления, может быть направлено в двигатель для сгорания. Система может также включать в себя первый топливопровод, соединяющий камеру низкого давления с топливной рампой двигателя, и второй топливопровод, соединяющий топливную рампу двигателя с камерой опорного давления посредством второго регулятора давления и второго клапана, и может также включать в себя трубопровод сброса давления, соединенный со вторым топливопроводом ниже по потоку от второго регулятора давления и второго клапана и выше по потоку от камеры опорного давления. Контроллер может также иметь запоминающее устройство, на котором сохранены инструкции для приведения в действие второго клапана при повышении требуемого давления в топливной рампе, а также инструкции для отключения второго клапана при понижении требуемого давления в топливной рампе.

Таким образом, первый клапан может быть задействован для подачи газообразного топлива в топливную рампу двигателя под давлением, определенным характеристиками первого регулятора давления. Затем при повышении требуемого давления в топливной рампе может быть задействован второй клапан. Приведение в действие второго клапана позволяет газообразному топливу поступать через второй регулятор давления в камеру опорного давления, тем самым увеличивая давление в камере опорного давления и камере низкого давления до значения, определенного характеристиками второго регулятора давления. Таким образом, система обеспечивает по крайней мере два различных давления в топливной рампе таким образом, что максимальная потребность в топливе может быть удовлетворена без необходимости постоянно поддерживать максимальное давление в топливной рампе.

Фиг. 3 представляет собой логическую схему процедуры 350 работы регулятора давления газа в системе подачи газообразного топлива, например, в топливной системе, представленной на Фиг. 1, включающей в себя регулятор давления газообразного топлива, например, систему 34 регулирования давления, представленную на Фиг. 2A и 2B. Процедура 350 может быть выполнена контроллером 12 и может быть запущена во время работы транспортного средства или при включении зажигания. Процедура 350 может начинаться на этапе 355, на котором происходит определение условий работы двигателя. Условия работы двигателя могут быть измерены, оценены или логически определены и могут включать в себя различные параметры работы транспортного средства, например, скорость транспортного средства, а также различные параметры работы двигателя, например, режим работы двигателя, скорость вращения двигателя, температуру двигателя, температуру выхлопных газов, уровень наддува, давление в коллекторе (MAP), массовый расход воздуха (MAF), крутящий момент, потребляемую мощность и т.д.

Затем на этапе 360 процедура 350 может предусматривать проверку, находится ли транспор