Способ управления двигателем при опустошении газового топливного бака (варианты)

Способ управления двигателем при опустошении газового топливного бака (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к топливным системам транспортного средства, работающим на газовом топливе.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известны моторные средства, которые работают на сжатом природном газе (CNG). CNG направляется через сужение и регулятор давления, чтобы подавать CNG под постоянным давлением на топливные форсунки двигателя.

Проблема у моторных транспортных средств, работающих на CNG состоит в том, что, в то время как бак приближается к опустошению, подача CNG в топливную форсунку двигателя больше не находится под постоянным давлением. Следовательно, точное регулирование количества CNG, подаваемого в двигатель, становится трудным для управления по мере того, как топливный бак пустеет, приводя к неудовлетворительным ездовым качествам и затрудненному снижению токсичности выбросов.

Один из подходов к преодолению этой проблемы состоял в том, чтобы требовать дозаправки бака, когда давление CNG (например, давление в баке или давление впрыска топлива) падает ниже заданного значения. Такой подход дает в результате частые дозаправки бака и ограничение рабочего диапазона транспортного средства по запасу хода.

В еще одном подходе, что касается транспортных средств, которые способны к работе на любом из CNG или бензина, подача CNG перекрывается, и только бензин подается в двигатель, когда давление в баке CNG падает ниже требуемого значения. Здесь, вновь, CNG, который иначе мог бы приводить в действие транспортное средство, остается неиспользуемым в баке до следующей дозаправки.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Авторы в материалах настоящего описания выявили проблемы вышеприведенных подходов и предложили решение. В частности, расход через сужение находится в дросселируемом на звуковой скорости потоке, где скорость потока в дросселируемой области остается постоянной на звуковой скорости. Авторы, кроме того, выявили, что расход дросселируемого на звуковой скорости потока (в показателях массы) продолжает убывать по мере того, как падает давление в баке.

В одном из аспектов предложен способ управления двигателем при опустошении газового топливного бака, включающий в себя этапы, на которых:

подводят газовое топливо из бака к топливной форсунке через сужение; и

управляют массовым расходом из указанной топливной форсунки в двигатель, чтобы в среднем был меньшим, чем массовый расход дросселируемого на звуковой скорости потока указанного газового топлива через указанное сужение.

В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором по существу максимизируют указанный массовый расход из указанной топливной форсунки для по существу минимизации времени опустошения топливного бака, при этом поддерживают в среднем указанный массовый расход из указанной топливной форсунки меньшим, чем указанный массовый расход дросселируемого на звуковой скорости потока указанного газового топлива через указанное сужение.

В одном из вариантов предложен способ, в котором указанный массовый расход указанного газового топлива через указанное сужение определяется по давлению в газовом топливном баке.

В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором определяют массовый расход указанного газового топлива через указанное сужение на основании указанного газового топлива, протекающего через указанное сужение с по существу расходом дросселируемого на звуковой скорости потока на по существу постоянной скорости и с массовым расходом, зависящим от давления в газовом топливном баке.

В одном из вариантов предложен способ, в котором указанная топливная форсунка присоединена к впускному коллектору двигателя.

В одном из вариантов предложен способ, в котором указанная топливная форсунка присоединена непосредственно к камере сгорания двигателя.

В одном из вариантов предложен способ, в котором указанное сужение заключено в регуляторе давления топлива.

В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором подводят указанное газовое топливо из бака вокруг указанного сужения и вокруг указанного регулятора при давлении в баке, меньшем, чем заданное давление.

В одном из дополнительных аспектов предложен способ управления двигателем при опустошении газового топливного бака, включающий в себя этапы, на которых:

подводят газовое топливо из бака к газовой топливной форсунке через сужение;

управляют массовым расходом из указанной топливной форсунки в двигатель, чтобы в среднем был меньшим, чем массовый расход дросселируемого на звуковой скорости потока указанного газового топлива через указанное сужение;

впрыскивают жидкое топливо в двигатель через жидкостную топливную форсунку; и

управляют указанной газовой топливной форсункой и указанной жидкостной топливной форсункой для достижения требуемой работы двигателя.

В одном из вариантов предложен способ, в котором указанная требуемая работа двигателя является работой двигателя на требуемом топливно-воздушном соотношении.

В одном из вариантов предложен способ, в котором указанная требуемая работа двигателя является работой двигателя для достижения требуемого крутящего момента.

В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором по существу максимизируют указанный массовый расход из указанной топливной форсунки для по существу минимизации времени опустошения топливного бака, при этом по существу поддерживают указанный массовый расход из указанной топливной форсунки меньшим, чем массовый расход дросселируемого на звуковой скорости потока указанного газового топлива через указанное сужение.

В одном из вариантов предложен способ, в котором указанная газовая топливная форсунка присоединена к впускному коллектору двигателя для подачи газового топлива в указанный двигатель через впускной клапан двигателя.

В одном из вариантов предложен способ, в котором указанная газовая топливная форсунка присоединена к камере сгорания двигателя для подачи газового топлива непосредственно в указанную камеру сгорания.

В одном из вариантов предложен способ, в котором указанное сужение заключено в регуляторе давления топлива.

В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором подводят указанное газовое топливо из бака вокруг указанного сужения и вокруг указанного регулятора при давлении в баке меньшем, чем заданное давление.

В одном из еще дополнительных аспектов предложен способ управления двигателем при опустошении газового топливного бака, включающий в себя этапы, на которых:

подводят газовое топливо из бака к газовой топливной форсунке через сужение и регулятор давления;

по существу максимизируют указанный массовый расход из указанной топливной форсунки для по существу минимизации времени опустошения топливного бака, причем по существу поддерживают указанный массовый расход из указанной топливной форсунки меньшим, чем массовый расход ограниченного на звуковой скорости потока указанного газового топлива через указанное сужение;

впрыскивают жидкое топливо в двигатель через жидкостную топливную форсунку; и

управляют указанной жидкостной топливной форсункой для по существу достижения требуемой работы двигателя.

В одном из вариантов предложен способ, в котором указанная требуемая работа двигателя является работой двигателя на требуемом топливно-воздушном соотношении.

В одном из вариантов предложен способ, в котором указанная требуемая работа двигателя является работой двигателя для достижения требуемого крутящего момента.

В одном из вариантов предложен способ, в котором указанная требуемая работа двигателя является работой двигателя для достижения требуемой скорости вращения холостого хода.

Решение, предложенное авторами, состоит в том, чтобы вычислять массовый расход дросселируемого на звуковой скорости потока и регулировать среднюю скорость газового впрыска, чтобы всегда была ниже этого значения. Точное регулирование газового впрыска топлива в двигатель, в таком случае, является достижимым, так как, когда скорость впрыска топлива меньше, чем массовый расход ограниченного на звуковой скорости потока, происходит стабилизация давления. В дополнительном примере, авторы по существу максимизировали массовый расход в топливную форсунку для по существу минимизации времени опустошения топливного бака наряду с сохранением в среднем массового расхода из топливной форсунки меньшим, чем массовый расход газового топлива, подаваемого на топливную форсунку через сужение, которое, в одном из вариантов осуществления, может быть расположено в регуляторе, но, в других вариантах осуществления, также может быть расположено в других местоположениях в пределах топливной системы. В еще одном примере авторы дополняли впрыск жидкого топлива в двигатель через жидкостную топливную форсунку; и управляли газовой топливной форсункой и жидкостной топливной форсункой для по существу достижения требуемой работы двигателя - такого как требуемое регулирование топливно-воздушного соотношения или требуемое регулирование крутящего момента.

Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, представлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Не предполагается идентифицировать ключевые или существенные признаки заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые исключают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Преимущества, описанные в материалах настоящего описания, будут полнее понятны по прочтению примера варианта осуществления, указанного в материалах настоящего описания как описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения, когда воспринимаются по отдельности или со ссылкой на чертежи, на которых:

фиг. 1 - схематичное изображение двигателя;

фиг. 2 - схематичное изображение примерного варианта осуществления газовой топливной системы согласно настоящему изобретению;

фиг. 3 показывает детализированный вид системы регулирования давления по фиг. 2;

фиг. 4 показывает график выпуска регулятора, показывающий дросселируемый звуковой поток;

фиг. 5 - блок-схема последовательности операций примерного способа регулировки впрыска газового топлива на основании дросселируемого на звуковой скорости потока;

фиг. 6 - блок-схема последовательности операций примерного способа опустошения находящегося под давлением бака на борту транспортного средства;

фиг. 7 показывает моделированную рабочую последовательность согласно способам по фиг. 5 и 6.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к способу регулировки количества газового топлива, впрыскиваемого на основании рассчитанного расхода дросселируемого на звуковой скорости потока, и совместному топливоснабжению двигателя жидким топливом, чтобы удовлетворять требуемой нагрузке на двигателе. Так как способы относятся к системе двигателя, фиг. 1-3 показывают схематичный вид примерных систем в пределах двигателя. Затем, фиг. 4 показывает примерный расход через сужение во время дросселируемого на звуковой скорости потока, где скорость потока остается постоянной. На фиг. 5 и 6, блок-схемы последовательностей операций примерных способов регулировки расхода для по существу минимизации времени опустошения топливного бака наряду с поддержанием в среднем массового расхода из топливной форсунки меньшим, чем массовый расход газового топлива, подаваемого чрез сужение на топливную форсунку, включены в состав для иллюстрации способа. Фиг. 7, в таком случае, показывает моделированную рабочую последовательность согласно способам по фиг. 5 и 6, когда двигатель имеет газовые топливные форсунки впрыска во впускной канал. Таким образом, последовательность по фиг. 7 может обеспечиваться системой по фиг. 1-3, чтобы решать проблему по фиг. 4, согласно способам по фиг. 5 и 6. В качестве используемого в материалах настоящего описания, по существу минимизация или максимизация потока включает в себя увеличение или уменьшение потока почти до максимального или минимального уровней, соответственно. В качестве еще одного примера, по существу достижение требуемого значения может включать в себя схождение до в пределах 5% от требуемого значения.

Со ссылкой на фиг. 1, двигатель 10 внутреннего сгорания, содержащий множество цилиндров, один цилиндр которого показан на фиг. 1, управляется электронным контроллером 12 двигателя. Двигатель 10 включает в себя камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндра с поршнем 36, расположенным в них и присоединенным к коленчатому валу 40. Камера 30 сгорания показана сообщающейся с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждый впускной клапан и выпускной клапан может приводиться в действие кулачком 51 впускного клапана и кулачком 53 выпускного клапана. В качестве альтернативы, один или более из впускных и выпускных клапанов могут приводиться в действие узлом катушки и якоря клапана с электромеханическим управлением. Положение кулачка 51 впускного клапана может определяться датчиком 55 кулачка впускного клапана. Положение кулачка 53 выпускного клапана может определяться датчиком 57 кулачка выпускного клапана.

Жидкостная топливная форсунка 66 непосредственного впрыска показана расположенной для впрыска жидкого топлива непосредственно в цилиндр 30, что известно специалистам в данной области техники как непосредственный впрыск. В качестве альтернативы, жидкое топливо может впрыскиваться во впускное отверстие, что известно специалистам в данной области техники в качестве впрыска во впускной канал. Жидкостная топливная форсунка 66 непосредственного впрыска подает жидкое топливо пропорционально длительности импульса из контроллера 12. Жидкое топливо подается в жидкостную топливную форсунку 66 непосредственного впрыска топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель для топлива (не показана).

Газовая топливная форсунка 81 впрыска во впускной канал показана расположенной для впрыска газового топлива во впускной коллектор 44. Для справки, газовая топливная форсунка 80 непосредственного впрыска показана расположенной для впрыска газообразного топлива непосредственно в цилиндр 30. В некоторых примерах, газовая топливная форсунка 81 впрыска во впускной канал может быть расположена во впускном отверстии головки блока цилиндров. В других примерах, газовая топливная форсунка 81 может впрыскивать газовое топливо в центральную область впускного коллектора. Как газовая топливная форсунка 81 впрыска во впускной канал, так и газовая топливная форсунка 80 непосредственного впрыска могут выдавать газовое топливо в двигатель 10. Однако газовое топливо может подаваться исключительно через газовую топливную форсунку 81 впрыска во впускной канал без газовой топливной форсунки 80 непосредственного впрыска в других примерах. Дополнительно, газовое топливо может подаваться исключительно через газовую топливную форсунку 80 непосредственного впрыска без газовой топливной форсунки 81 впрыска во впускной канал в кроме того других примерах. Вообще, двухтопливные системы подачи топлива выполнены так, что жидкое топливо впрыскивается непосредственно в камеру 30 сгорания наряду с тем, что газовое топливо подвергается впрыску во впускной коллектор 44.

Газовая топливная форсунка 81 впрыска во впускной канал и газовая топливная форсунка 80 непосредственного впрыска принимает газообразное топливо через направляющую-распределитель 90 для топлива и бак-хранилище 91. Регулятор 86 давления регулирует давление, которое подается на направляющую-распределитель 90 для топлива баком-хранилищем 91. Здесь, давление газа в баке-хранилище 91 считывается посредством датчика 60 давления, однако, в некоторых примерах, давление газа в баке-хранилище 91 может логически выводиться через давление в магистрали высокого давления. Давление газа в направляющей-распределителе 90 для топлива считывается посредством датчика 61 давления.

Впускной коллектор 44 показан сообщающимся с возможным электронным дросселем 62, который регулирует положение дроссельной заслонки 64 для регулирования потока воздуха из воздухозаборника 42 во впускной коллектор 44. Электронный дроссель 62 показан расположенным между впускным коллектором 44 и воздухозаборником 42.

Система 88 зажигания без распределителя выдает искру зажигания в камеру 30 сгорания через свечу 92 зажигания в ответ на действие контроллера 12. Универсальный датчик 126 кислорода выхлопных газов (UEGO) показан присоединенным к выпускному коллектору 48 выше по потоку от каталитического нейтрализатора 70 выхлопных газов. В качестве альтернативы, двухрежимный датчик кислорода выхлопных газов может использоваться вместо датчика 126 UEGO.

Нейтрализатор 70 выхлопных газов, в одном из примеров, включает в себя многочисленные брикеты катализатора. В еще одном примере могут использоваться многочисленные устройства снижения токсичности выхлопных газов, каждое с многочисленными брикетами. Нейтрализатор 70 выхлопных газов, в одном из примеров может быть катализатором трехкомпонентного типа.

Контроллер 12 показан на фиг. 1 в качестве традиционного микрокомпьютера, включающего в себя: микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство 106, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимую память 110 и традиционную шину данных. Контроллер 12 показана принимающим различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к обсужденным ранее, в том числе: температуру хладагента двигателя (ECT) с датчика 112 температуры, присоединенного к патрубку 114 охлаждения; датчика 134 положения, присоединенного к педали 130 акселератора для считывания силы, приложенной ступней 132; измерение давления во впускном коллекторе двигателя (MAP) с датчика 122 давления, присоединенного к впускному коллектору 44; датчика положения двигателя с датчика 118 на эффекте Холла, считывающего положение коленчатого вала 40; измерение массы воздуха, поступающего в двигатель, с датчика 120; и измерение положения дросселя с датчика 58. Барометрическое давление также может считываться (датчик не показан) для обработки контроллером 12. В предпочтительном аспекте настоящего описания, датчик 118 положения двигателя вырабатывает заданное количество равномерно разнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала, по которому может определяться скорость вращения двигателя (RPM, в оборотах в минуту).

В некоторых вариантах осуществления, двигатель может быть присоединен к системе электродвигателя/аккумуляторной батареи в транспортном средстве с гибридным приводом. Транспортное средство с гибридным приводом может иметь параллельную конфигурацию, последовательную конфигурацию, либо их варианты или комбинации. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, могут применяться другие конфигурации двигателя, например, дизельный двигатель.

Во время работы каждый цилиндр в двигателе 10 типично подвергается четырехтактному циклу: цикл включает в себя такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. Как правило, во время такта впуска, выпускной клапан 54 закрывается, а впускной клапан 52 открывается. Воздух вовлекается в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 44, поршень 36 перемещается к дну цилиндра, чтобы увеличивать объем внутри камеры 30 сгорания. Положение, в котором поршень 36 находится около дна цилиндра и в конце своего хода (например, когда камера 30 сгорания находится при своем наибольшем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники ссылкой как нижняя мертвая точка (НМТ, BDC). Во время такта сжатия, впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 перемещается к головке блока цилиндров, чтобы сжимать воздух внутри камеры 30 сгорания. Точка, в которой поршень 36 находится в конце своего хода и самой близкой к головке блока цилиндров (например, когда камера 30 сгорания находится при своем наименьшем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники в качестве верхней мертвой точки (ВМТ, TDC). В процессе, в дальнейшем указываемом ссылкой как впрыск, топливо вводится в камеру сгорания. В процессе, в дальнейшем указываемом ссылкой как воспламенение, впрыснутое топливо воспламеняется известным средством воспламенения, таким как свеча 92 зажигания, приводя к сгоранию. Во время такта расширения, расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно в НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует перемещение поршня в крутящий момент вращающегося вала. В заключение, во время такта выпуска, выпускной клапан 54 открывается, чтобы выпускать подвергнутую сгоранию топливно-воздушную смесь в выпускной коллектор 48, и поршень возвращается в ВМТ. Отметим, что вышеприведенное показано просто в качестве примера, и что установки момента открывания и/или закрывания впускного и выпускного клапанов могут меняться так, чтобы давать положительные или отрицательное перекрытие клапанов, позднее закрывание впускного клапана, или различные другие примеры.

Фиг. 1 и 2 показывают схематичное изображения двигателя 10. Как описано выше, система 10 двигателя включает в себя контроллер 12 и газовую топливную систему 218. Система 10 двигателя дополнительно может включать в себя блок 11 цилиндров двигателя, имеющий множество цилиндров 30. В условиях высокой нагрузки, непосредственный впрыск дает многочисленные преимущества. Например, введение насыщенных кислородом жидких видов топлива с непосредственным впрыском и высоким теплом испарения на высокой нагрузке предусматривает охлаждение топлива для увеличенного заряда воздуха, разбавление для регулирования температуры сгорания и противодействия детонации. С другой стороны, впрыск во впускной канал может давать преимущества в условиях низкой нагрузки. Например, введение высоко летучего топлива посредством впрыска на впуске при низкой нагрузке может давать улучшенные пусковые качества, снижение выбросов твердых частиц и в меньшей степени не испаряемое топливо. В дополнение, газовое топливо может снижать насосные потери, вытесняя воздух. Поэтому, посредством использования любого из непосредственного впрыска или впрыска во впускной канал на различных участках многомерной регулировочной характеристики скорости вращения-нагрузки, преимущества, обеспечиваемые обеими системами, могут быть по существу доведены до максимума.

Газовая топливная система 218 может включать в себя один или более топливных баков. В изображенном примере топливная система включает в себя топливный бак 91, выполненный с возможностью подавать первое топливо, имеющее первые химические и физические свойства, по первой топливной магистрали 249, которая является топливной магистралью высокого давления. Топливо, хранимое в топливном баке 91, может подаваться на форсунку 81 цилиндра 30 двигателя через направляющую-распределитель 90 для топлива. В одном из примеров газовая топливная система дополнительно может включать в себя один или более клапанов для регулирования подачи топлива из топливного бака 91 на форсунки 81. Различные компоненты топливной системы, такие как клапаны, регуляторы давления, фильтры и датчики, также могут быть присоединены вдоль топливной магистрали 249. Топливный бак 91 может удерживать множество видов топлива или топливных смесей. Например, топливо может быть газовым топливом, таким как сжатый природный газ (CNG) или водородное топливо. В примере второго топливного бака (не показан), второе топливо может быть жидким топливом, таким как бензин, жидкий пропан, топливо с диапазоном концентраций спиртов, различные бензин-этаноловые топливные смеси (например, E10, E85), и их комбинации.

В показанном примере топливная система 218 и связанные компоненты могут быть выполнены с возможностью подавать газовое топливо в цилиндры двигателя. Соответственно, топливный бак 91 может быть присоединен к регулятору 86 давления и соленоидному клапану 236, чтобы давать подаче на постоянном низком давлении топлива возможность выдаваться на форсунки 81. Клапан 232 бака (например, запорный клапан) может быть расположен между топливным баком 91 и регулятором 86 давления, чтобы гарантировать надлежащее давление впрыска. Как уже отмечено, в некоторых вариантах осуществления, датчик 60 давления в баке может быть включен в состав для выявления давления внутри бака. Однако, в других вариантах осуществления, датчик 233 давления выходной магистрали бака может быть расположен выше по потоку от регулятора 86 давления и ниже по потоку от топливного бака 91, чтобы давать оценку давления топлива до регулирования давления регулятором 86 давления. То есть, датчик 233 давления может выдавать оценку давления топлива, введенного на стороне более высокого давления регулятора 86 давления. Наливное отверстие 237 может быть расположено ниже по потоку от клапана 232 бака и выше по потоку от регулятора 86 давления, чтобы предоставлять возможность для дозаправки топливом. Соленоидный клапан 236, также указываемый ссылкой как отсечной клапан или магистральный клапан, может быть присоединен между регулятором 86 давления и направляющей-распределителем 90 для топлива, которая также указывается ссылкой как топливная магистраль 250 низкого давления. В еще одном примере клапан (не показан) сброса давления может быть присоединен к топливной магистрали 250 ниже по потоку от регулятора 86 давления. Включение в состав управляемого вручную клапана сброса давления может давать преимущества в техническом обслуживании, тогда как клапан сброса давления, управляемый модулем управления силовой передачей (PCM), может предлагать преимущества в условиях холодного запуска. Например, в условиях холодного запуска, например, когда двигатель еще не прогрелся после зажигания, открывающиеся внутрь форсунки могут не открываться, когда присутствует высокое давление в направляющей-распределителе для топлива. По существу, PCM может быть запрограммирован, чтобы приводить в действие клапан сброса давления и, тем самым, понижать высокое давление в направляющей-распределителе для топлива, чтобы предоставлять возможность открывания открывающихся внутрь форсунок. В еще одном другом примере газовая топливная система 218, по выбору, может включать в себя перепускную магистраль 251, которая выполнена с возможностью направлять газовое топливо из топливного бака 91 вокруг сужения в регуляторе 86 давления, когда давление в баке находится ниже заданного давления. Поэтому, способ может содержать подведение указанного газового топлива из бака вокруг сужения в регуляторе при давлении в баке меньшем, чем заданное давление. По существу, регулятор давления и его сужение обходятся во время работы на низком давлении в топливном баке. В одном из вариантов осуществления, перепускной клапан может быть включен в состав, который сконструирован так, чтобы он не мог открываться или оставаться открытым, когда высокие давления (например, сверх 250 фунтов на квадратный дюйм) присутствуют в магистрали высокого давления, что препятствует возникновению очень высоких давлений на форсунках Коалесцирующий фильтр (не показан) может быть расположен на стороне более низкого давления регулятора 86 давления, чтобы отсечной клапан 36 направляющей-распределителя для топлива был присоединен между регулятором 86 давления и коалесцирующим фильтром.

В одном из примеров топливный бак 91 может хранить газовое топливо в диапазоне давлений 10-700 бар (например, 3000-6000 фунтов на квадратный дюйм для топлива CNG и 5000-10000 фунтов на квадратный дюйм для водородного топлива) наряду с тем, что регулятор 86 давления может регулировать давление направляющей-распределителя для топлива в постоянном диапазоне 10-40 бар (например, 2-10 бар для топлива CNG). Следует принимать во внимание, что, несмотря на то, что фиг. 2 показывает только газовую топливную систему 218, двигатель 10 также выполнен с возможностью работать на жидком топливе из дополнительного топливного бака (не показан).

Система 10 двигателя дополнительно может включать в себя систему 14 управления, содержащую контроллер 12, который показан принимающей информацию с множества датчиков 16 (различные примеры которых описаны в материалах настоящего описания) и отправляющей сигналы управления на множество исполнительных механизмов 18 (различные примеры которых описаны в материалах настоящего описания). В качестве одного из примеров, датчики 16 могут включать в себя датчики MAP и MAF на впуске, датчик выхлопных газов и датчик температуры. расположенные на выпуске, датчик 61 давления, присоединенный к направляющей-распределителю 90 для топлива и выполненный с возможностью давать оценку давления в направляющей-распределителе для топлива, датчик 203 температуры, присоединенный к направляющей-распределителю 90 для топлива и выполненный с возможностью давать оценку температуры направляющей-распределителя для топлива, датчик 214 температуры, присоединенный к топливному баку 91 и выполненный с возможностью давать оценку температур топливного бака, и т.д. Другие датчики, такие как датчики давления, температуры, уровня топлива, топливно-воздушного соотношения и состава, могут быть присоединены к различным местоположениям в системе 10 двигателя. В качестве еще одного примера, исполнительные механизмы могут включать в себя топливную форсунку 81, соленоидный клапан 236, регулятор 86 давления, дроссель 62, клапан 232 бака и клапан сброса давления (не показан). Контроллер может принимать входные данные с различных датчиков, обрабатывать входные данные и приводить в действие исполнительные механизмы в ответ на обработанные входные данные, на основании команд или управляющей программы, запрограммированных в нем, соответствующих одной или более процедур. Примерные процедуры показаны на фиг. 5-6.

Как показано на детализированном виде по фиг. 3, регулятор 86 давления включает в себя камеру 384 высокого давления, которая принимает газовое топливо из топливного бака 91 через топливную магистраль 249 высокого давления, камеру 386 низкого давления, которая выдает регулируемое по давлению газовое топливо в направляющую-распределитель 90 для топлива, и опорную камеру 388. В показанном примерном варианте осуществления, регулятор 86 давления является механическим регулятором давления, который включает в себя диафрагму 398 и клапан 300. Положение клапана 300 относительно проема или отверстия в стенке 304, разделяющей камеру 384 высокого давления и камеру 386 низкого давления, определяет массовый расход газа через сужение из 384 в 386, при этом указанное сужение заключено в регуляторе давления топлива. Положение клапана 300 зависит от давления в опорной камере 388 и камере 386 низкого давления, и от усилия пружины, выдаваемого пружиной 396, соединенной с днищем регулятора 86 давления на одном конце и низом диафрагмы 398 на другом конце. В некоторых вариантах осуществления, опорная камера 388 может быть открыта в атмосферу, а потому, использовать атмосферное давление в качестве опорного давления. Однако, в других вариантах осуществления, опорная камера 388 может быть привязана к давлению во впускном коллекторе. В кроме того других вариантах осуществления, опорное давление может регулироваться, чтобы регулировать регулятор переменного давления. Как описано в материалах настоящего описания, регулятор 86 давления является механическим регулятором давления, который управляет давление в опорной камере фиксированным постоянным давлением, чтобы добиваться фиксированного постоянного давления регулирования в камере низкого давления.

Отсечной клапан 236 направляющей-распределителя для топлива, расположенный в топливной магистрали 250, может закрываться, чтобы предотвращать сообщение между регулятором 86 давления и направляющей-распределителем 90 для топлива в условиях, в которых подача газового топлива в двигатель не требуется (например, в условиях выключенного двигателя или в условиях, в которых требуется подача исключительно жидкого топлива в двигатель). В других обстоятельствах отсечной клапан 236 направляющей-распределителя для топлива может быть открытым, поэтому, топливо может подаваться из регулятора 86 давления в направляющую-распределитель 90 для топлива. Отсечной клапан 236 направляющей-распределителя для топлива может быть простым клапаном, который является управляемым только в полностью открытое или полностью закрытое состояние, и который не служит для изменения давления топлива, подаваемого в направляющую-распределитель для топлива.

Фиг. 4 показывает результаты суженного впуска выше по потоку от регулятора 86 давления, при этом выходная величина регулятора графически изображена в зависимости от расхода газа для двух типов выпуска регулятора. Первый график на 402 соответствует дросселируемому на звуковой скорости потоку, который, кроме того, показывает снижение давления ниже по потоку из регулятора 86 давления, которое не создает повышения в отношении массового расхода. Например, вертикальная линия около 19 фунтов/час является характеристикой точки дросселирования на звуковой скорости потока. Это может происходить, в то время как давление в баке падает до низких уровней, например, ниже 500 фунтов на квадратный дюйм, так что массовый расход газового топлива из бака 91 становится дросселируемым. Поэтому, если средний массовый расход газового топлива, подаваемого в двигатель из форсунок 81, превышает массовый расход газового топлива через сужение, давление в направляющей-распределителе для топлива с датчика 61 давления и давление в баке с датчика 60 давления (или с датчика 233 давления в топливной магистрали 249 высокого давления) могут резко падать, как показано на фиг. 4. По существу, газовая топливная система 218 больше не выдает давление на форсунки 81 вследствие сужения потока выше по потоку от регулятора. Например, второй график на 404 показывает массовый расход газового топлива из бака без дросселируемого на звуковой скорости потока в области практического интереса. Этот график ясно демонстрирует, что бак-хранилище имеет некоторое оставшееся количество газового топлива, которое может использоваться в соответствии со способами, описанными в материалах настоящего описания для питания системы 10 двигателя. Например, как описано ниже, система 10 двигателя может полностью использовать подачу газового топлива, оставшегося в баке 91 посредством вычисления расхода дросселируемого на звуковой скорости потока или массового расхода через сужение, подаваемых в форсунки, и дополнительно регулировать скорость впрыска, чтобы была меньшей, чем расход дросселируемого на звуковой скорости потока, чтобы вынуждать к по существу максимальному использованию CNG, в особенности, когда давления в баке-хранилище низки.

Возвращаясь к управлению по способам, фиг. 5 и 6 показывают примерные блок-схемы последовательности операций для двух способов, которые контроллер может использовать для регулировки скорости впрыска CNG на основании расхода дросселируемого на звуковой скорости потока. На фиг. 5, способ 500 использует физическую сущность системы трубопроводов CNG для вычисления по существу максимального массового расхода на основании рассчитанного расхода дросселируемого на звуковой скорости потока через сужение, который зависит от давления в баке. Затем, на фиг. 6, способ 600 считывает требуемую нагрузку двигателя и использует рассчитанный расход дросселируемого на звуковой скорости потока через сужение для регулировки количества впрыскиваемого CNG, чтобы по существу максимизировать количество подаваемого CNG. В заключение, согласно способам, описанным в материалам настоящего описания, и в зависимости от требуемой нагрузки двигателя, сравниваемой с количеством CNG, имеющимся в распоряжении для использования, контроллер 12 дополнительно может выдавать второе топл