Способ эксплуатации двигателя на газообразном топливе

Способ эксплуатации двигателя на газообразном топливе

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к впрыску газообразного топлива и, в частности, к способу эксплуатации двигателя.

Для снижения темпа роста стоимости традиционных видов топлива и снижения выбросов выхлопных газов были разработаны альтернативные типы топлива. Например, перспективным альтернативным видом топлива был признан природный газ. Для использования в автомобильной промышленности природный газ может быть сжат и храниться в газообразном состоянии в цилиндрах под высоким давлением. Затем для подачи сжатого природного газа (СПГ) под низким давлением в камеру сгорания двигателя через топливную форсунку может быть использован регулятор давления. Во время запуска двигателя в топливной рампе, по которой топливо подается в топливную форсунку, может создаваться чрезмерное давление. Топливная рампа, находящаяся под повышенным давлением, может создавать большой перепад давлений у открывающейся вовнутрь форсунки, который будет препятствовать открытию форсунки и задержит (или предотвратит) запуск двигателя. Кроме того, во время запуска двигателя на форсунку может подаваться меньшее напряжение (следовательно, и меньший ток, создающий усилие открытия форсунки), чем во время работы двигателя. Таким образом, повышенный ток, создающий дополнительное усилие для преодоления перепада давлений и открытия форсунки, будет недоступен.

В настоящем документе изобретатели определили, что снижение перепада давлений в форсунке снижает величину тока, необходимую для открытия форсунки, что позволяет повысить надежность открытия форсунки во время запуска двигателя. Соответственно в настоящем документе представлен способ запуска двигателя. Способ предусматривает открытие дроссельного клапана, регулирующего поток воздуха во впускной коллектор, в зависимости от того, что перепад давлений газа в форсунке для газообразного топлива превышает пороговое значение давления.

Таким образом, дроссельный клапан может быть открыт в зависимости от высокого перепада давлений в форсунке для газообразного топлива. При помощи открытия дроссельного клапана можно увеличить давление во впускном коллекторе, в результате чего произойдет снижение перепада давлений в форсунке. Сниженный перепад давлений, в свою очередь, снижает величину тока, необходимую для открытия топливной форсунки. Таким образом, во время запуска двигателя или в любой другой момент, когда форсунка для газообразного топлива активируется при высоком давлении в топливной рампе, форсунка может быстро открыться, снижая вероятность позднего запуска двигателя.

Таким образом, согласно объекту настоящего изобретения создан способ эксплуатации двигателя, при котором: регулируют угол открытия дросселя дроссельного клапана на основе перепада давлений в форсунке для газообразного топлива, впрыскивающей газообразное топливо, во время запуска двигателя, когда газообразное топливо сжигается для запуска двигателя; и регулируют угол открытия дросселя дроссельного клапана вне зависимости от перепада давлений в форсунке для газообразного топлива после запуска двигателя во время его работы.

Предпочтительно, регулировка угла открытия дросселя на основании перепада давлений в форсунке для газообразного топлива включает открытие дроссельного клапана, когда перепад давлений превысит пороговое значение давления, которое может меняться в зависимости от рабочих условий, включающих величину напряжения, подаваемого на форсунку для газообразного топлива, при этом величину напряжения определяют на основе температуры форсунки, времени, прошедшего после остановки двигателя после его работы, и частоты вращения двигателя.

Предпочтительно, дополнительно, если перепад давлений превышает пороговое значение давления, открывают дроссельный клапан посредством увеличения указанной величины с контролированием перепадов давлений до того, пока не будет достигнуто пороговое значение давления.

Предпочтительно, регулировка угла открытия дросселя дроссельного клапана вне зависимости от перепада давлений включает регулировку угла открытия дросселя с возможностью обеспечения необходимого расхода воздуха через двигатель, причем, если температура окружающей среды ниже порогового значения, дополнительно закрывают клапан топливной рампы для газообразного топлива, осуществляют циклическую работу форсунок для газообразного топлива до запуска двигателя, при этом дроссельный клапан удерживают в открытом состоянии до открытия всех топливных форсунок, причем после того, как каждая из форсунок открывалась и закрывалась минимальное количество раз, открывают клапан топливной рампы для газообразного топлива для создания давления в топливной рампе.

Предпочтительно, дополнительно контролируют давление в топливной рампе во время запуска двигателя и, если не обнаружено падение давления в топливной рампе в зависимости от подачи команды на открытие форсунки для газообразного топлива, продолжают регулирование угла открытия дросселя.

Предпочтительно, дополнительно увеличивают напряжение, подаваемое на форсунку для газообразного топлива, при отсутствии падения давления в топливной рампе в зависимости от подачи команды на открытие форсунки для газообразного топлива.

Предпочтительно, условия запуска двигателя предусматривают прокручивание двигателя с помощью стартера.

Предпочтительно, значение перепада давлений определяют на основе давления в топливной рампе и давления во впускном коллекторе.

Предпочтительно, регулирование угла открытия дросселя также выполняют на основе напряжения, которое можно подать на форсунку для газообразного топлива для ее открытия, причем определение доступного напряжения основано на времени, прошедшем после последнего запуска двигателя.

Предпочтительно, регулирование угла открытия дросселя также выполняют на основе температуры окружающей среды.

Предпочтительно, напряжение, подаваемое на форсунку для газообразного топлива, основано на значении перепада давлений в форсунке для газообразного топлива.

Предпочтительно, условия запуска двигателя определяют на основе по меньшей мере одного из открытой двери, введения ключа в замок зажигания и веса, определяемого на сиденьи.

Описанные выше преимущества, а также прочие преимущества и отличительные особенности станут очевидны после ознакомления со следующим подробным описанием предпочтительных вариантов отдельно или со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Следует понимать, что приведенная выше сущность изобретения используется для того, чтобы познакомить в упрощенной форме с набором концепций, которые будут далее описаны в подробном описании. Она не предназначена для определения ключевых или основных особенностей заявленного объекта, область применения которого однозначно определена формулой изобретения. Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами, которые устраняют недостатки, указанные выше или упомянутые в любой части настоящего описания.

Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1А - схематическое изображение примера камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания;

Фиг. 1В - схематическое изображение многоцилиндрового двигателя;

Фиг. 2 - высокоуровневая блок-схема способа управления активацией форсунки для газообразного топлива по варианту изобретения;

Фиг. 3 - блок-схема способа запуска двигателя по варианту изобретения;

Фиг. 4 - схема, показывающая значения различных параметров работы двигателя в течение интересующего периода времени, по варианту изобретения;

Фиг. 5 - блок-схема способа запуска двигателя согласно другому варианту изобретения;

Фиг. 6 - схема, показывающая значения различных параметров работы двигателя в течение интересующего периода времени, по другому варианту изобретения; и

Фиг. 7 - блок-схема способа впрыска газообразного топлива по варианту изобретения.

Изобретение относится к системам и способам обеспечения активации форсунок для газообразного топлива в двигателе, пример которого схематически представлен на фиг. 1А и 1В. Системы могут содержать бак для газообразного топлива, соединенный с топливной форсункой для впрыска во впускные каналы, а в вариантах и бак для жидкого топлива, соединенный с топливной форсункой для прямого впрыска. Контроллер может быть запрограммирован с возможностью управлять активацией форсунки для газообразного топлива с помощью способа управления, например, способов, описанных со ссылкой на фиг. 2, 3, 5 и 7, при выполнении которого параметры работы двигателя изменяются так, как показано на фиг. 4 и 6.

На фиг. 1А представлен пример варианта камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может управляться, по крайней мере, частично с помощью системы управления, содержащей контроллер 12, и с помощью входного сигнала, подаваемого водителем 130 транспортного средства через устройство 132 ввода. В настоящем примере устройство 132 ввода содержит педаль газа и датчик 134 положения педали газа для генерирования пропорционального сигнала РР положения педали. Цилиндр (т.е. камера сгорания) 14 двигателя 10 может содержать стенки 136 камеры сгорания с поршнем 138, расположенным в них. Поршень 138 может быть соединен с коленчатым валом 140 таким образом, чтобы обеспечивать преобразование возвратно-поступательного движения данного поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть соединен по крайней мере с одним ведущим колесом пассажирского транспортного средства через систему трансмиссии. Кроме того, стартер может быть соединен с коленчатым валом 140 через маховик для запуска двигателя 10.

В цилиндр 14 по нескольким впускным каналам 142, 144 и 146 может поступать впускной воздух. Впускные каналы 146 могут соединяться с другими цилиндрами двигателя 10 помимо цилиндра 14. В некоторых вариантах воплощения один или несколько впускных каналов могут включать в себя устройство наддува, например, турбонагнетатель или нагнетатель. Например, на фиг. 1А показан двигатель 10, оснащенный турбонагнетателем, который содержит компрессор 174, расположенный между впускными каналами 142 и 144, и турбину 176, работающую на выхлопных газах, которая расположена вдоль выпускного канала 148. Компрессор 174 может, по крайней мере, частично приводиться в движение турбиной 176, работающей на выхлопных газах, с помощью вала 180, в котором устройство наддува представляет собой турбонагнетатель. Однако в других примерах, в которых двигатель 10 может быть оборудован, например, нагнетателем, турбина 176, работающая на выхлопных газах, может и не быть установлена, в этом случае компрессор 174 может приводиться в движение с помощью механического входного воздействия от мотора или двигателя. Дроссель 162, содержащий дроссельную заслонку 164, может быть установлен вдоль выпускного канала двигателя для изменения расхода и(или) давления впускного воздуха, поступающего в цилиндры двигателя. Например, дроссель 162 может быть расположен ниже по потоку относительно компрессора 174, как показано на фиг. 1А, или выше по потоку относительно компрессора 174.

В выпускные каналы 148 могут поступать выхлопные газы из других цилиндров двигателя 10 помимо цилиндра 14. Изображенный датчик 128 выхлопных газов соединен с выпускным каналом 148 выше по потоку относительно устройства 178 снижения токсичности выхлопных газов. Датчик 128 может представлять собой любой подходящий датчик, обеспечивающий индикацию воздушно-топливного соотношения выхлопных газов, например, линейный датчик содержания кислорода или UEGO (универсальный датчик содержания кислорода или датчик содержания кислорода в выхлопных газах широкого диапазона), бистабильный датчик кислорода или EGO, HEGO (EGO с нагревом), датчик NOx, НС или СО. Устройство 178 для снижения токсичности выхлопных газов может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (TWC), уловитель NOx, любые другие устройства для снижения токсичности выхлопных газов или их комбинации.

Каждый цилиндр двигателя 10 может содержать один или несколько впускных клапанов и один или несколько выпускных клапанов. Например, изображенный цилиндр 14 может иметь по крайней мере один впускной тарельчатый клапан 150 и по крайней мере один выпускной тарельчатый клапан 156, расположенные в верхней части цилиндра 14. По варианту каждый цилиндр двигателя 10, включая цилиндр 14, может иметь по крайней мере два впускных тарельчатых клапана и по крайней мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней части цилиндра.

Работа впускного клапана 150 может контролироваться с помощью контроллера 12 посредством исполнительного механизма 152. Аналогичным образом работа выпускного клапана 156 может контролироваться с помощью контроллера 12 посредством исполнительного механизма 154. При некоторых условиях контроллер 12 может изменять сигналы, посылаемые на исполнительные механизмы 152 и 154, для управления открытием и закрытием соответствующих впускного и выпускного клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может быть определено с помощью соответствующего датчика положения клапана (не показан). Исполнительные механизмы клапанов могут иметь электрический привод клапанов, кулачковый привод или комбинации данных типов приводов Установка фаз работы впускного и выпускного клапанов может осуществляться параллельно или по любому из следующих принципов: изменение фаз газораспределения на впуске, изменение фаз газораспределения на выпуске, двойное независимое изменение фаз газораспределения и фиксированные фазы газораспределения. Каждая система кулачкового привода может включать в себя один или несколько кулачков и использовать одну или несколько из ниже перечисленных систем: переключение профилей работы кулачков (CPS), изменение фаз газораспределения (VCT), регулируемая установка фаз клапанного распределения (VVT) и(или) изменение высоты подъема клапанов (VVL), которыми управляет контроллер 12 с целью изменения режимов работы клапанов. Например, в качестве альтернативы цилиндр 14 может включать в себя впускной клапан, управляемый с помощью электрического привода клапанов, и выпускной клапан, управляемый с помощью кулачкового привода, включая CPS и(или) VCT. В других вариантах воплощения впускной и выпускной клапаны могут управляться с помощью общего исполнительного механизма или системы исполнительных механизмов клапана, исполнительного механизма или системы исполнительных механизмов для выполнения регулируемой установки фаз клапанного распределения.

Цилиндр 14 может обеспечивать величину сжатия, т.е. соотношение между объемом цилиндра, в котором поршень 138 находится в нижней мертвой точке, и объемом цилиндра, в котором поршень 138 находится в верхней мертвой точке. Обычно величина сжатия составляет от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых примерах при использовании разных типов топлива величина сжатия может быть увеличена. Это может произойти, например, при использовании высокооктанового топлива или топлива с более высокой скрытой теплотой парообразования. Также коэффициент сжатия можно увеличить при использовании прямого впрыска из-за его влияния на работу двигателя с детонацией.

По варианту каждый цилиндр двигателя 10 может содержать запальную свечу 192 для начала воспламенения. При выбранных условиях работы система зажигания 190 может подавать искру зажигания в камеру 14 сгорания с помощью свечи 192 зажигания в ответ на сигнал SA опережения зажигания от контролера 12. Однако в некоторых вариантах запальная свеча 192 может и не быть установлена, например, когда двигатель 10 может начинать воспламенение с помощью самовоспламенения или впрыска топлива, как в случае с дизельными двигателями.

По варианту каждый цилиндр двигателя 10 может иметь одну или несколько топливных форсунок для подачи топлива. В качестве неограничивающего примера изображенный цилиндр 14 содержит топливные форсунки 166 и 170. Изображенная топливная форсунка 166 соединена непосредственно с цилиндром 14 для прямого впрыска в нее топлива в соответствии с шириной импульса FPW-1, полученного от контроллера 12 через электронный привод 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает впрыск топлива, известный как прямой впрыск топлива (именуемый в настоящем документе как «DI») в цилиндр 14. Хотя на фиг. 1А форсунка 166 показана в виде боковой форсунки, она может быть расположена над поршнем, например, рядом с запальной свечой 192. Такое положение может улучшить смешивание и воспламенение при работе двигателя на спиртовом топливе благодаря низкой летучести некоторых видов спиртового топлива. По варианту форсунка может быть расположена сверху рядом с впускным клапаном для улучшения смешивания. Топливо может подаваться в топливную форсунку 166 из топливной системы 172 высокого давления, содержащую топливный бак, топливные насосы, топливную рампу и привод 168. По варианту топливо может подаваться с помощью одноступенчатого топливного насоса при низком давлении, при этом момент прямого впрыска топлива может быть дополнительно ограничен во время такта сжатия по сравнению с ситуацией, когда используется топливная система высокого давления. Кроме того, хотя это и не показано, топливные баки могут иметь датчик давления, генерирующий сигнал для контроллера 12.

Изображенная топливная форсунка 170 расположена во впускном канале 146, а не в цилиндре 14, в конфигурации, обеспечивающей впрыск топлива во впускные каналы (именуемый в настоящем документе как «PFI»), т.е. во впускной канал выше по потоку относительно цилиндра 14. Топливная форсунка 170 может впрыскивать топливо пропорционально длине импульса сигнала FPW-2, принятого от контроллера 12 через электронный привод 171. Топливо может быть подано в топливную форсунку 170 с помощью топливной системы 172.

Топливная система 172 может содержать один топливный бак или несколько топливных баков. По вариантам, в которых топливная система 172 включает в себя несколько топливных баков, данные топливные баки могут содержать топливо одинакового качества или могут содержать топливо разного качества, например, топливо с разным составом. Данная разница может заключаться в разном содержании спирта, разном октановом числе, разном теплотой парообразования, разных сортах топлива и(или) их сочетаниях и т.д. В одном примере топливо с различным содержанием спирта может представлять собой бензин, этанол, метанол или спиртовые смеси, например, Е85 (который содержит примерно 85% этанола и 15% бензина) или М85 (который содержит примерно 85% метанола и 15% бензина). Другие спиртосодержащие виды топлива могут представлять собой смесь спирта и воды, смесь спирта, воды и бензина и т.д. В некоторых примерах топливная система 172 может включать в себя топливный бак, в котором содержится жидкое топливо, например, бензин, и топливный бак, в котором содержится газообразное топливо, например, СПГ. Топливные форсунки 166 и 170 могут быть сконфигурированы таким образом, чтобы впрыскивать топливо из бака с одним видом топлива, из баков с разными видами топлива, из нескольких баков с одним видом топлива или из смешанного набора топливных баков.

Контроллер 12 с фиг. 1А представлен в виде микрокомпьютера, включающего в себя процессор 106, порты 108 ввода/вывода, электронный носитель для хранения исполняемых программ и калибровочных значений, представляющий собой постоянное запоминающее устройство 110 в данном конкретном примере воплощения, оперативное запоминающее устройство 112, энергонезависимое запоминающее устройство 114, и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, которые включают в себя, в дополнение к ранее описанным сигналам, сигнал массового расхода воздуха (MAF) от датчика 122 массового расхода воздуха; сигнал температуры охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ) от датчика 116 температуры, соединенного с охлаждающей рубашкой 118; сигналы профиля зажигания (PIP) от датчика 120 Холла (или другого типа), соединенного с коленчатым валом 140; положение дросселя (TP) от датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе (MAP) от датчика 124. Сигнал скорости вращения двигателя, RPM, может быть сгенерирован контроллером 12 на основе сигнала PIP Сигнал MAP о давлении в коллекторе от датчика давления в коллекторе может быть использован для индикации вакуума или давления во впускном коллекторе.

На постоянное запоминающее устройство 110 могут быть записаны машиночитаемые данные, представляющие собой инструкции, исполняемые процессором 106, для выполнения способов, описанных ниже, а также других вариантов, которые подразумеваются, но не указываются конкретно. Примеры процедуры, которые могут быть выполнены с помощью контроллера, описаны на фиг. 2, 3, 5 и 7.

Как было описано выше, на фиг. 1А показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Таким образом, каждый цилиндр может также включать в себя собственный набор из впускных/выпускных клапанов, топливной форсунки (форсунок), запальной свечи и т.д. На фиг. 1В представлено схематическое изображение многоцилиндрового двигателя с фиг. 1А, соответствующего настоящему изобретению. Как показано на фиг. 1А, двигатель 10 внутреннего сгорания включает в себя цилиндры 14, подключенные к впускному каналу 144 и выпускным каналом 148. Впускной канал 144 может включать в себя дроссель 162. Выпускной канал 148 может включать в себя устройство 178 для снижения токсичности выхлопных газов.

Изображенный цилиндр 14 соединен с топливными форсунками 166 и 170. Хотя показано, что с топливными форсунками соединен только один цилиндр, следует понимать, что все цилиндры 14, входящие в состав двигателя 10, также могут быть соединены с одной или несколькими топливными форсунками. В иллюстративном варианте воплощения топливная форсунка 166 изображена в виде топливной форсунки для прямого впрыска, а топливная форсунка 170 изображена в виде топливной форсунки для впрыска во впускные каналы. Каждая топливная форсунка может быть сконфигурирована таким образом, чтобы подавать определенное количество топлива в определенный момент цикла работы двигателя в ответ на команды от контроллера 12. Для подачи горючего топлива в цилиндр 14 во время каждого цикла воспламенения может быть использована одна или обе топливные форсунки. Момент и величина впрыска топлива могут регулироваться в виде функции от условий работы двигателя.

Топливная система 172 может включать в себя один или несколько топливных баков. В изображенном примере топливная система представляет собой многотопливную систему, включающую в себя топливный бак 20а высокого давления, сконфигурированный таким образом, чтобы подавать газообразное топливо на топливную рампу 52а, и топливный бак 22b сконфигурированный таким образом, чтобы подавать на топливную рампу 52b топливо, имеющее химические и физические свойства, отличные от газообразного топлива (например, жидкое топливо). Хотя в представленном примере показаны отдельные топливные рампы для двух разных видов топлива, в некоторых примерах может быть использована общая топливная рампа.

Топливный бак 20а может быть сконфигурирован таким образом, чтобы хранить газообразное топливо при высоком давлении и подавать топливо в двигатель 10 через топливопровод 94 высокого топлива, регулятор 38 давления и топливопровод 50 регулируемого давления. Например, газообразное топливо может представлять собой сжатый природный газ (СПГ), сжиженный нефтяной газ (СНГ), адсорбированный природный газ (АПГ) или водородное топливо. В топливном баке 20а может храниться газообразное топливо под давлением в диапазоне 10-700 бар (например, 0-100 + фунтов/дюйм² для СНГ, 500 фунтов/дюйм² для АНГ, 3600 фунтов/дюйм² или 250 бар для СПГ и 5000-10000 фунтов/дюйм² для водородного топлива).

И наоборот, в топливном баке 22b может храниться жидкое топливо, например, бензин, топливо с разными концентрациями спирта, различные топливные смеси бензина и этанола (например, Е10, Е85) и их комбинации. Как показано, топливный бак 22b может быть соединен с топливным насосом 21 для сжатия топлива, поданного на топливную рампу.

Топливный бак 20а может быть повторно заправлен газообразным топливом через заливочное отверстие 54. Контрольный клапан 55 (или два последовательно расположенных контрольных клапана для обеспечения надежности) может быть установлен между топливным баком 20а и заливочным отверстием 54 для обеспечения правильного потока топлива. Аналогичным образом топливный бак 20а может быть повторно заправлен жидким топливом через заливочное отверстие 83. Топливо может подаваться из топливных баков 20а и 22b на форсунки двигателя 10, например, на форсунки 170 и 166, через топливные рампы 52а и 52b соответственно. Хотя показано, что к каждой топливной рампе подключена одна топливная форсунка, следует понимать, что для каждого цилиндра 14 могут быть предусмотрены дополнительные форсунки. Например, топливная рампа 52а может подавать топливо в форсунку 170 и во вторую топливную форсунку, подающую топливо в те же камеры сгорания, что и форсунка 170.

В одном примере, в котором топливная система 172 включает в себя систему прямого впрыска, форсунки 166 и 170 могут быть сконфигурированы как топливные форсунки прямого впрыска. В альтернативном варианте воплощения топливная система 172 может включать в себя систему впрыска во впускные каналы, в которой форсунки 166 и 170 могут быть сконфигурированы как топливные форсунки впрыска во впускные каналы. В других вариантах воплощения каждый цилиндр может включать в себя одну или несколько форсунок, включающую в себя форсунку прямого впрыска и форсунку впрыска во впускные каналы (например, конфигурация, представленная на фиг. 1).

Насос 21 может не нагнетать топливо из топливного бака 22b в топливную рампу 52b при условиях, в которых подача жидкого топлива в двигатель нежелательна (например, когда двигатель выключен или когда нужно подавать в двигатель только газообразное топливо). Датчик 102b топлива топливной рампы в топливной рампе 52b может быть сконфигурирован таким образом, чтобы измерять текущее давление в топливной рампе и передавать полученное значение на контроллер 12 системы 14 управления. В некоторых примерах насос 21 может управляться на основе давления в топливной рампе, измеренного с помощью датчика 102b и(или) на основе значений параметров.

Кроме того, в некоторых вариантах воплощения контрольный клапан (не показан) может быть расположен между топливным баком 22b и топливной рампы 52b для создания нужного потока от топливного бака 22b.

Топливный бак 20а может быть соединен с клапаном 32 топливного бака для регулировки давления газообразного топлива, подаваемого в топливопровод 94. Клапан 32 топливного бака может быть сконфигурирован таким образом, чтобы подавать газообразное топливо в топливопровод 94 под давлением, аналогичным давлению в баке. В качестве альтернативы, даже когда нужно создать высокое давление впрыска топлива, клапан топливного бака может быть переведен в активное состояние, а система регулировки давления ниже по потоку относительно клапана может управляться для обеспечения того, что давление в топливной рампе устанавливается на достаточно высокий уровень. Подобный режим работы может быть предпочтительным в примерах, в которых поток газообразного топлива высокого давления через различные компоненты, входящие в топливопровод 94 (например, фильтры, клапаны и т.д.), будет разрушать данные компоненты.

Топливный бак 20а также может быть соединен с системой регулировки давления для обеспечения подачи газообразного топлива в топливную рампу 52а, а оттуда - в форсунку 170 с различными уровнями давления. В одном примере в топливном баке 20а может храниться газообразное топливо под давлением в диапазоне 10-700 бар, при этом система регулировки давления может регулировать давление топливной рампы до давления переменного диапазона от 2 до 40 бар (например, от 2 до 10 бар - для СПГ). Давление в топливной рампе может быть изменено с помощью регулятора 38 давления. Регулятор 38 может представлять собой механический регулятор давления, устанавливающий эталонное давление в камере на фиксированное, постоянное значение для достижения фиксированного, постоянного регулирующего давления в камере низкого давления, в результате чего будет достигнуто единое, фиксированное давление в топливной рампе. В других вариантах воплощения регулятор 38 может представлять собой регулятор переменного давления. Например, регулятор 38 может включать в себя регуляторы повышения и понижения давления, а также клапаны, позволяющие изменять эталонное значение в камере, данное эталонное значение в камере, в свою очередь, изменяет регулирующее давление в камере низкого давления, тем самым, изменяя давление в топливной рампе.

Как было описано выше, для подачи газообразного топлива в цилиндры двигателя газообразное топливо подается под высоким давлением из бака для газообразного топлива (например, из бака 20а) к регулятору давления (например, к регулятору 38). Затем регулятор давления подает топливо в рампу для газообразного топлива (например, в рампу 52а) при сниженном установленном давлении, например, при 10 бар - для СПГ. Однако при определенных условиях топливо подается в топливную рампу под давлением выше установленного давления. Например, регулятор, контролирующий давление топлива в рампе для газообразного топлива, может устанавливать в топливной рампе давление, превышающее нормальное давление при низкой температуре и(или) при низком давлении в баке для газообразного топлива. Кроме того, во время начальной подачи топлива в топливную рампу во время запуска двигателя регулятор может временно установить давление, превышающее стационарное установленное давление в топливной рампе.

Во время роста давления впрыска топлива сила тока, необходимая для открытия форсунок также возрастает, поскольку сила, используемая для открытия форсунки прямо пропорциональна току, подаваемому на форсунку. Высокие уровни силы тока, зачастую бывают недоступны, в частности, во время запусков двигателя. Например, во время прокручивания двигателя напряжение на форсунке ниже, чем доступно, из-за потребности двигателя в электроэнергии (например, потребности стартера), низких температур окружающей среды и низки скоростей вращения двигателя (когда генератор переменного тока не увеличивает напряжение в транспортном средстве). Кроме того, при высокой температуре форсунки ее сопротивление увеличивается, в результате чего снижается доступная сила тока на форсунке, используемого для открытия форсунки.

Из-за высокого давления впрыска топлива и недостаточного напряжения форсунки для газообразного топлива не могут мгновенно открыться при запуске. Таким образом, запуски двигателя при использовании газообразного топлива могут выполняться с задержкой. Как будет сказано ниже со ссылкой на фиг. 2-6, подобные запуски с задержкой могут быть ослаблены за счет регулировки одного или нескольких параметров работы во время или до запуска двигателя. Как будет сказано ниже со ссылкой на фиг. 3, высокое давление впрыска топлива, связанное с вакуумом во впускном коллекторе, создаваемом при прокручивании двигателя, создает большой перепад давлений в открывающихся внутрь форсунках для газообразного топлива. Для снижения данного перепада давлений и облегчения открытия форсунок при пониженной силе тока, дроссельный клапан двигателя может открываться при запуске для увеличения давления во впускном коллекторе и уменьшения перепада давлений в разных форсунках. Как будет сказано ниже со ссылкой на фиг. 5, перед началом прокручивания двигателя форсунки для газообразного топлива могут быть один или несколько раз открыты и закрыты, эффективно «разлепляя» форсунки за счет разрушения прилипания форсунок до создания давления в топливных форсунках. После открытия и закрытия топливных форсунок (также называемого циклической работой форсунок) в топливной рампе может повторно создано давление, после чего может быть выполнено прокручивание двигателя. Кроме того, напряжение, подаваемое на форсунки, может быть увеличено за счет работы генератора переменного тока двигателя во всем диапазоне.

Как было описано выше, форсунки для газообразного топлива могут тяжело открываться во время запуска двигателя. Если двигатель сконфигурирован таким образом, чтобы работать на разных видах топлива (например, на жидком топливе и газообразном топливе), форсунки для газообразного топлива также могут тяжело открываться при переходе двигателя с работы на жидком топливе (например, на бензине) на работу на газообразном топливе. Например, по мере нагрева двигателя в начале работы на бензине также растет температура рампы для газообразного топлива, увеличивая давление газообразного топлива в топливной рампе. Как будет сказано ниже со ссылкой на фиг, 7, если двигатель включает в себя турбонагнетатель, то начало впрыска газообразного топлива может быть задержан до тех пор, пока двигатель не начнет работу на впускном воздухе наддува (например, пока давление во впускном коллекторе не превысит барометрическое давление) для уменьшения перепада давлений в форсунках для газообразного топлива, либо может быть отрегулировано положение перепускной заслонки турбонагнетателя (например, перемещено в закрытое) для увеличения давления наддува в начале впрыска газообразного топлива.

На фиг. 2 показана процедура 200 управления для включения форсунки для газообразного топлива. Способ 200 может быть выполнен с помощью контроллера двигателя, например, с помощью контроллера 12 с фиг. 1А-1В, в соответствии с сохраненными на нем инструкциями. На этапе 202 процедура 200 включает в себя определение того, находится ли двигатель в выключенном состоянии. Если двигатель выключен, то горение не происходит, и, следовательно, в цилиндры не поступает топливо. Также это означает, что стартер не работает. Если двигатель не находится в выключенном состоянии (например, если двигатель прокручивается с помощью стартера или происходит горение), процедура 200 переходит к этапу 203, на котором происходит регулировка положения дроссельного клапана вне зависимости от перепада давлений в форсунках для газообразного топлива. Например, дроссельный клапан может быть отрегулирован таким образом, чтобы подавать необходимый поток воздуха, поступающий в двигатель. На этапе 204 форсунки для газообразного топлива активируются, при индикации в соответствии со способом, описанным ниже со ссылкой на фиг. 7. Затем процедура 200 начинается заново.

Если двигатель выключен, процедура 200 переходит на этап 206 для определения, ожидается и(или) запрашивается ли запуск двигателя. Ожидаемый запуск двигателя может представлять собой запуск двигателя, выполнение которого происходит в течение определенного периода на основе текущих условий работы. В одном примере запуск двигателя может быть спрогнозирован при открытии боковой двери со стороны водителя. Другими параметрами, которые могут свидетельствовать о скором запуске двигателя является вставка ключа в замок зажигания, обнаружение присутствия на водительском сиденье и т.д. Кроме того, запрос запуска двигателя может быть определен на основе одного или нескольких параметров. Например, включение зажигания, когда ключ зажигания поворачивается во включенное положение, может свидетельствовать о том, что был запрошен запуск двигателя. Однако возможно использование других механизмов запроса запуска двигателя, например, нажатие пользователем на кнопку запуска двигателя.

Если запуск двигателя не запрашивается или не ожидается, то процедура 200 возвращается в начало. Если запуск ожидается или запрашивается, процедура 200 переходит на этап 208 для определения условий работы. Условия работы, определенные на этапе 208, может включать в себя температуру окружающей среды, температуру двигателя, время после последнего выключения двигателя, барометрическое давление, текущее давление топливной рампы и иных условий. На этапе 210 процедура 200 включает в себя определение того, не ниже ли температура окружающей среды по сравнению с пороговым значением. При низких температурах окружающей среды и(или) двигателя форсунки для газообразного