СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЕ Российский патент 2017 года по МПК F01M11/10 F01M5/02 F02D41/04 F02D41/24 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к регулированию давления впрыска в транспортных средствах, работающих на газообразном топливе, включая снижение давления в топливной рампе для газообразного топлива при выключенной топливной форсунке.

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.

Однако нерешенной проблемой с регуляторами давления газообразного топлива остается их склонность к пиковому избыточному давлению при включении двигателя. Например, во время холодного запуска регулятор давления может быть не прогрет и, следовательно, может оказаться неспособным отрегулировать давление газообразного топлива до желаемого значения (например, снижение давления газообразного топлива высокого давления при подаче из топливного бака высокого давления). Также во время холодного запуска двигателя даже регулятор переменного давления может обеспечивать повышенное остаточное давление в топливной рампе. В условиях холодного запуска для открытия топливных форсунок при высоком давлении в топливной рампе может требоваться относительно высокое напряжение. Однако при запуске в экстремально холодных условиях работа топливных форсунок может осуществляться только при низком напряжении. Следовательно, поскольку открытие топливной форсунки может быть использовано для снижения давления в регуляторе при других режимах эксплуатации двигателя, это означает возможную недоступность данной операции в условиях холодного запуска. При отсутствии средств снижения давления в условиях холодного запуска двигателя давление в топливной рампе в условиях холодного запуска может оказываться нежелательно высоким, учитывая возможность заклинивания топливной рампы при высоком давлении до момента подачи напряжения, достаточно высокого для открытия топливных форсунок с целью частичного сброса давления. Нежелательно высокое давление в топливной рампе во время холодного запуска может неблагоприятно сказаться на экономии топлива и работе двигателя. В дополнение к условиям холодного запуска, чрезмерное давление может также представлять проблему при других режимах работы двигателя, когда топливные форсунки отключены и, следовательно, не могут быть использованы для сброса избыточного давления топлива из регулятора давления.

Раскрытие изобретения

При решении вышеуказанных проблем авторы настоящего изобретения пришли к выводу, что превышение давления при отключенных топливных форсунках (например, при холодном запуске) может быть устранено средствами, отличными от открытия топливных форсунок. Например, слишком высокое давление может быть уменьшено путем открытия клапана, соединяющего камеру низкого давления механического регулятора давления и камерой опорного давления регулятора, с одновременным открытием выпускного клапана опорного давления, например фильтра для паров топлива, картера двигателя или впускного коллектора двигателя. Таким образом, даже когда регулятор еще не начал регулировать давление газообразного топлива в соответствии с обычным принципом действия, а топливные форсунки не способны выполнить сброс избыточного давления из топливной рампы, возможно управлять клапанами для сброса давления в камере регулятора давления во избежание избыточного давления в топливной рампе. Также в вариантах, где камера опорного давления осуществляет подачу газообразного топлива высокого давления в компонент топливной системы, например в фильтр для паров топлива, или в деталь двигателя, например впускной коллектор или картер, способ сброса давления может быть применен без ущерба для экономии топлива, поскольку выпущенное газообразное топливо может затем быть подано в двигатель для сгорания. В ходе выполнения сброса давления работа двигателя может не осуществляться или осуществляться на втором виде топлива (например, жидком топливе).

Также предлагаемое решение представляет дополнительные преимущества, которые могут быть достигнуты путем включения в конструкцию клапана, соединяющего камеру низкого давления механического регулятора давления и камеру опорного давления регулятора, а также выпускного клапана камеры опорного давления, соединенного, например, с другой деталью или системой транспортного средства. Управление клапаном, соединяющим камеру низкого давления регулятора и камеру опорного давления, может быть осуществлено для подачи газообразного топлива из камеры высокого давления в камеру опорного давления в целях повышения давления в камере опорного давления, а клапан, контролирующий выпуск топлива из камеры опорного давления (например, в фильтр для паров топлива, впускной коллектор, картер, вакуумный эжектор или вакуумный насос), может осуществлять снижение давления в камере опорного давления. Таким образом, регулятор может осуществлять регулирование давления газообразного топлива на различном уровне с помощью управления клапанами, которые способны эффективно изменять функции механического регулятора давления из регулятора постоянного давления в регулятор переменного давления. Значительное число преимуществ может быть достигнуто путем использования регулятора переменного давления подачи газообразного топлива в двигатель вместо регулятора давления, который осуществляет подачу газообразного топлива в двигатель при фиксированном постоянном давлении. Например, изменение давления газообразного топлива увеличивает динамический диапазон работы топливной форсунки и позволяет удовлетворять редкие потребности в пиковом уровне топлива без создания чрезмерных нагрузок на топливные форсунки при постоянном впрыске газообразного топлива высокого давления. Поскольку имеющиеся регуляторы переменного давления могут быть дорогостоящими, склонными к нестабильной работе и превышению давления в условиях холодного запуска, система регулирования давления, описанная в настоящем документе, позволяет осуществлять снижение давления топлива при выключенных топливных форсунках (например, во время холодного запуска), а также осуществление подачи топлива в топливную рампу под разным давлением путем управления двумя клапанами при работающих топливных форсунках (например, после холодного запуска). Клапаны предпочтительно могут быть небольшими и недорогими, однако предлагаемая система при этом превосходит способы регулирования переменного давления, предусматривающие необходимость выполнения рабочего цикла основного клапана между регулятором и топливной рампой.

По варианту способ регулирования давления газообразного топлива в двигателе предусматривает при выключенной системе впрыска газообразного топлива подачу газообразного топлива из камеры низкого давления регулятора давления в камеру опорного давления регулятора и выпуск газообразного топлива из камеры опорного давления, например в фильтр для паров топлива. Даже в условиях, когда топливные форсунки выключены и не могут быть использованы для снижения давления в топливной рампе, данный способ может снизить слишком высокое давление в топливной рампе без снижения экономии топлива, поскольку топливо, выпущенное из камеры опорного давления, подается в компонент, например фильтр для паров топлива (и в итоге в двигатель для сгорания). Важно, что при применении такого способа экономия топлива может оставаться на прежнем уровне даже без обратного топливопровода (например, топливопровода для возврата топлива в топливный бак высокого давления), использование которого может оказаться непрактичным решением при использовании газа высокого давления, такого как CNG, поскольку газ сниженного давления требует сжатия перед возвратом в топливный бак высокого давления.

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.1A приведено схематическое изображение системы двигателя, работающего на газообразном топливе, а также на одном или нескольких других видах топлива с различными химическими и(или) физическими свойствами; система двигателя содержит систему регулирования давления в топливной рампе для газообразного топлива.

На фиг.1B показан подробный вид системы регулирования давления, изображенной на фиг.1A.

На фиг.2 показан пример высокоуровневой блок-схемы работы системы регулирования давления, изображенной на фиг.1A-B.

На фиг.3 показан пример высокоуровневой блок-схемы управления клапанами системы регулирования давления, изображенной на фиг.1A-B для достижения желаемого уровня давления в топливной рампе.

На фиг.4 показан пример временных диаграмм, иллюстрирующих зависимость различных параметров системы регулирования давления, приведенной на фиг.1A-B, от времени.

Осуществление изобретения

Способ и система обеспечивают регулирование переменного давления газообразного топлива в целях уменьшения слишком высокого давления топлива в системе транспортного средства, например, в системе, изображенной на фиг.1A. Система транспортного средства содержит систему регулирования давления, например систему, изображенную на фиг.1A-B, работа которой может быть осуществлена в соответствии со способами, указанными на фиг.2 и 3. Например, работа клапанов системы регулирования давления может быть осуществлена в соответствии со способами, указанными на фиг.2 и 3, в целях снижения давления в камере опорного давления регулятора при выключенных топливных форсунках (например, до или во время холодного запуска двигателя), а также в целях изменения регулируемого давления в системе при работающих топливных форсунках на основании условий эксплуатации двигателя. Изменение давления в камере опорного давления изменяет давление регулятора, который, в свою очередь, изменяет давление в топливной рампе двигателя в целях обеспечения переменного давления впрыска газообразного топлива. Зависимость различных параметров системы регулирования давления от времени показаны на фиг.4.

На фиг.1A приведено схематическое изображение системы 6 транспортного средства. Система 6 транспортного средства состоит из системы 8 двигателя, системы 14 управления и топливной системы 18. Система 8 двигателя может содержать двигатель 10 с множеством цилиндров 30. Двигатель 10 содержит систему 23 впуска двигателя и выхлопную систему 25 двигателя. Система 23 впуска двигателя содержит дроссель 62, гидравлически соединенный с впускным коллектором 44 двигателя через впускной канал 42. Выхлопная система 25 двигателя содержит выпускной коллектор 48, ведущий к выпускному каналу 35, который направляет выхлопной газ в атмосферу после прохождения через устройство 70 для снижения токсичности отработавших газов. Двигатель 10 может дополнительно содержать картер 79, расположенный вокруг коленчатого вала (не показан); коленчатый вал приводится в действие поршнями цилиндров 30. Следует понимать, что в конструкцию двигателя могут быть включены другие детали, например различные клапаны и датчики.

Представленная система 14 управления получает информацию от множества датчиков 16 (различные примеры которых приведены в настоящем описании) и посылает сигналы управления на многочисленные исполнительные механизмы 81 (различные примеры которых приведены в настоящем описании). По варианту датчики 16 могут содержать датчик 124 MAP и датчик 125 MAF на впуске, датчик 126 выхлопных газов и температурный датчик 127, расположенные на выпуске, датчик 33 давления, соединенный с топливопроводом газообразного топлива, датчики 102a и 102b давления, соединенные с соответствующими топливными рампами, и т.д. Другие датчики, например датчики давления, температуры, уровня топлива, воздушно-топливного отношения, а также состава топлива могут быть подключены к различным точкам в системе 6 транспортного средства. По варианту исполнительные механизмы могут содержать топливные насосы, топливные форсунки 66a и 66b, дроссель 62, клапаны топливных баков, а также клапаны системы 34 регулировки давления. Система 14 управления может содержать контроллер 12. Контроллер может получать входные данные от различных датчиков, осуществлять обработку входных данных и приводить в действие исполнительные механизмы в ответ на результаты обработки входных данных на основании инструкции или программного кода в соответствии с одной или несколькими процедурами. Примеры программ управления приведены в настоящем описании со ссылкой на фиг.2-3.

Топливная система 18 может содержать один или несколько топливных баков. В приведенном варианте топливная система является многотопливной, она содержит топливный бак 20a высокого давления, выполненный с возможностью обеспечить подачу газообразного топлива в топливную рампу 52a с помощью системы 34 регулирования давления, а также топливный бак 20b, выполненный с возможностью обеспечить подачу топлива, химические и физические свойства которого отличаются от свойств газообразного топлива (например, жидкого топлива), в топливную рампу 52b. Хотя приведенный пример содержит отдельные топливные рампы для двух различных видов топлива, в некоторых случаях может быть использована общая топливная рампа.

Топливный бак 20a может быть выполнен с возможностью хранить топливо под давлением и подавать топливо в двигатель 10 с помощью топливопровода 94 высокого давления, регулятора 38 давления и топливопровода 50 регулируемого давления. Например, газообразным топливом может являться сжатый природный газ (CNG), сжиженный нефтяной газ (LPG), адсорбированный природный газ (ANG) или водородное топливо. В топливном баке 20a может храниться газообразное топливо в диапазоне давления 10-700 бар (например, 0-100 + фунт/дюйм² для CNG, 500 фунт/дюйм² для ANG, 3600 фунт/дюйм² (или 250 бар) для LPG и 5000-10000 фунт/дюйм² для водородного топлива). Для сравнения в топливном баке 20b может храниться жидкое топливо, например бензин, топливо с различным содержанием спирта, различные топливные смеси на основе этилового бензина (например, E10, E85) и их сочетания. Как показано, топливный бак 20b может быть соединен с топливным насосом 21 для подачи топлива в топливную рампу под давлением. Также топливный бак 20b может быть соединен с фильтром 27 для паров топлива, в котором может осуществляться хранение паров топлива, выпускаемых из топливного бака 20b. Фильтр 27 для паров топлива может быть заполнен адсорбентом в целях временного улавливания паров топлива (включая испаряющиеся углеводороды) во время операций по повторному наполнению топливного бака и «потерь в процессе работы» (а именно, испарившихся во время работы транспортного средства). В одном примере используемым адсорбентом является активированный уголь. Фильтр 82 для паров топлива может быть соединен с атмосферой с помощью впускного клапана фильтра (CVV) 95. Поток воздуха и паров между фильтром 27 для паров топлива и атмосферой может быть отрегулирован при помощи CVV 95. Например, CVV 95 может осуществлять подачу газов (например, воздуха) в атмосферу из топливного бака 20b при хранении или улавливании паров топлива. CVV 95 также позволяет осуществлять подачу свежего воздуха в фильтр при продувке накопленных паров топлива. Пары топлива, выходящие из фильтра 27, например, при выполнении операции продувки, затем могут быть поданы в систему 23 впуска двигателя (например, выше или ниже по потоку дроссельной заслонки 62 или других деталей впуска), и в конечном итоге к впускному коллектору 44. Существует возможность регулирования потока паров при помощи продувочного клапана 97 фильтра (CPV), расположенного между фильтром для паров топлива и системой 23 впуска двигателя.

Возможно повторное наполнение топливного бака 20a газообразным топливом через топливное отверстие 54. Контрольный клапан 55 (или два контрольных клапана, расположенные последовательно для повышения надежности) может быть размещен между топливным баком 20a и топливным отверстием 54 в целях обеспечения правильного направления потока топлива. Аналогичным образом повторное наполнение топливного бака 20b жидким топливом возможно через топливное отверстие 83. Подача топлива может быть осуществлена из топливных баков 20a и 20b в форсунки двигателя 10, например, в форсунки 66a и 66b через топливные рампы 52a и 52b соответственно. Несмотря на то, что изображено соединение только одной форсунки с каждой топливной рампой, следует понимать, что дополнительные форсунки предусмотрены для каждого цилиндра 30. По варианту топливная система 18 содержит систему прямого впрыска, а форсунки 66a и 66b могут представлять собой форсунки прямого впрыска. В других вариантах реализации топливная система 18 может содержать систему впрыска во впускной канал, в которой форсунки 66a и 66b могут представлять собой топливные форсунки впрыска во впускные каналы. Тем не менее, в других вариантах реализации каждый цилиндр может содержать одну или несколько форсунок, в том числе форсунку прямого впрыска и форсунку впрыска во впускные каналы.

Насос 21 может не осуществлять нагнетание топлива из топливного бака 20b в топливную рампу 52b при условиях, когда подача жидкого топлива в двигатель нежелательна (например, в условиях выключения двигателя или в условиях, когда предпочтительна подача в двигатель исключительно газообразного топлива). Датчик 102b давления топливной рампы 52b может быть выполнен с возможностью измерять фактическое давление в топливной рампе и передавать измеряемые значения на контроллер 12 системы 14 управления. В некоторых случаях управление насосом 21 может быть осуществлено на основании показателей давления в топливной рампе, измеренных датчиком 102b, и(или) на основании значений других параметров.

Кроме того, в некоторых вариантах реализации между топливным баком 20b и топливной рампой 52b может быть размещен контрольный клапан (не показан) в целях обеспечения корректной подачи топлива из топливного бака 20b.

Топливный бак 20a может быть соединен с клапаном 32 топливного бака для регулирования давления подачи газообразного топлива в топливопровод 94. Клапан 32 топливного бака может быть включен в конструкцию для подачи газообразного топлива в топливопровод 94 под давлением, равным давлению в баке. В качестве альтернативы даже при предпочтительном высоком давлении впрыска топлива клапан топливного бака может быть активирован, осуществляя управление системой регулировки давления ниже по потоку, в целях обеспечения регулировки давления в топливной рампе до достаточно высокого уровня. Такая операция может являться предпочтительной в примерах, где поток газообразного топлива высокого давления, проходящий через различные детали, которые могут входить в состав топливопровода 94 (например, фильтры, клапаны и т.д.), может приводить к разрушению компонентов.

Топливный бак 20a также может быть соединен с системой 34 регулирования давления в целях обеспечения подачи газообразного топлива в топливную рампу 52a, а оттуда - в форсунку 66a под переменным давлением. По варианту в топливном баке 20a может осуществляться хранение газообразного топлива в диапазоне давлений 10-700 бар, при этом система 34 регулирования давления может осуществлять регулирование давления в топливной рампе в переменном диапазоне от 2 до 40 бар (например, от 2 до 10 бар для топлива CNG).

Как подробно изображено на фиг.1B, система 34 регулирования давления содержит регулятор 38 давления. Регулятор 38 давления содержит камеру 84 высокого давления, в которую поступает газообразное топливо из топливного бака 20a по топливопроводу 94; камеру 86 низкого давления, которая осуществляет подачу газообразного топлива под регулируемым давлением в топливную рампу 52a, и камеру 88 опорного давления. Подобно механическому регулятору давления, регулятор 38 давления состоит из мембраны 98 и клапана 100. Положение клапана 100 относительно отверстия в стенке 104, отделяющей камеру 84 высокого давления от камеры 86 низкого давления, определяет скорость потока газа из камеры 84 высокого давления в камеру 86 низкого давления. Положение клапана 100 зависит от давления в камере 88 опорного давления и камере 86 низкого давления, а также от силы упругости пружины 96, соединенной с нижней частью регулятора 38 давления с одной стороны и с нижней частью мембраны 98 с другой стороны. По мере увеличения давления в камере опорного давления необходимо создание все более высокого давления в камере 86 низкого давления для достижения любого заданного положения клапана. Например, камера высокого давления может быть соединена с камерой низкого давления с помощью отверстия, когда давление в камере опорного давления превышает пороговое значение, которое соответствует давлению, при котором мембрана перемещает клапан 100 над стенкой 104. По мере уменьшения давления в камере опорного давления в камере 86 низкого давления необходимо более низкое давление для достижения равновесия сил. Однако в отличие от механических регуляторов давления, которые осуществляют управление давлением в камере опорного давления до достижения фиксированного постоянного давления в целях обеспечения фиксированного постоянного регулирующего давления в камере низкого давления, система 34 регулирования давления предусматривает трубопроводы и клапаны повышения и понижения давления, которые обеспечивают возможность изменения давления в камере опорного давления, что, в свою очередь, позволяет изменять регулирующее давление в камере низкого давления. Как показано на фиг.1A-B, клапан 80 повышения давления находится в трубопроводе 90 повышения давления, соединяющем камеру низкого давления с камерой опорного давления, а клапан 82 понижения давления находится в трубопроводе 92 понижения давления, который может соединять камеру опорного давления с одним или несколькими впускными коллекторами, картером, фильтром для паров топлива, вакуумным эжектором, вакуумным насосом или газовой средой. По варианту любой один (но не оба) из клапанов 80 и 82 может быть заменен отверстием с неизменной геометрией постоянной формы, например дросселем продольной подачи, раструбом или диафрагмой с острыми краями. В соответствии с приведенным ниже описанием способов для фиг.2-3 управление клапанами 80 и 82 может быть осуществлено в целях понижения давления в камере 88 опорного давления при выключенной топливной форсунке, а также в целях изменения давления в камере 88 опорного давления в условиях работы топливной форсунки. Давление в камере 88 опорного давления, в свою очередь, влияет на регулирующее давление в камере 86 низкого давления, а также на давление в топливной рампе 52a (при открытом клапане блокировки топливной рампы). Например, при выключенных топливных форсунках может оказаться предпочтительным понизить давление в топливной рампе при помощи клапанов повышения и понижения давления (поскольку выключенные топливные форсунки не могут быть использованы для сброса избыточного давления из топливной рампы). При таких условиях оба клапана понижения и повышения давления могут быть открыты, а топливо из камеры опорного давления может быть выведено обратно в двигатель, например, через фильтр для паров топлива, соединенный с топливным баком для хранения топлива, отличного от газообразного топлива. По другому варианту при выбранных условиях эксплуатации двигателя при включенных топливных форсунках, может оказаться предпочтительным повысить давление в топливной рампе с фактического значения для того, чтобы выполнить впрыск топлива в цилиндры двигателя под более высоким давлением. Клапан 80 повышения давления может быть открыт для обеспечения подачи газообразного топлива из камеры 86 низкого давления в камеру 88 опорного давления; таким образом, давление в камере опорного давления повышается. Повышение давления в камере опорного давления обеспечивает повышение давления топлива в камере 86 низкого давления (регулирующего давления) вследствие перемещения мембраны 98 к стенке 104. В качестве альтернативы при других условиях эксплуатации двигателя может оказаться предпочтительным понизить давление в топливной рампе с фактического значения для того, чтобы выполнить впрыск топлива в цилиндры двигателя под более низким давлением. С этой целью может быть открыт клапан 82 понижения давления для выпуска газообразного топлива из камеры 88 опорного давления, благодаря чему происходит снижение давления в камере опорного давления и, в свою очередь, снижение регулирующего давления топлива в камере 86 низкого давления вследствие перемещения мембраны 98 от стенки 104. Газообразное топливо, выпускаемое из камеры опорного давления путем открытия клапана 82 понижения давления, может быть подано в систему 8 двигателя по каналу 92, например во впускной коллектор 44, картер 79, вакуумный эжектор или вакуумный насос или в фильтр 27 для паров топлива. Другой вариант предусматривает возможность выпуска газообразного топлива в атмосферу.

Следует понимать, что в вариантах реализации, где клапан 80 заменен отверстием с неизменной геометрией постоянной формы, полнопроходной клапан 82 оказывается под самым низким возможным давлением в камере опорного давления, а запорный клапан 82 оказывается под самым высоким возможным давлением в камере опорного давления. В противном случае если клапан 82 заменен отверстием с неизменной геометрией постоянной формы, полнопроходной клапан 80 перекрывает небольшое отверстие клапана 82, а давление в камере опорного давления повышается, поскольку запорный клапан 80 выполняет сброс давления в камере опорного давления, при этом понижается давление.

Регулируемый клапан 36 топливной рампы, встроенный в топливопровод 94, может быть закрыт во избежание возникновения соединения между регулятором 38 давления и топливной рампой 52 в условиях, когда подача газообразного топлива в двигатель является нежелательной (например, в условиях выключенного двигателя или в условиях, когда предпочтительна подача в двигатель исключительно жидкого топлива). В противном случае регулируемый клапан 36 топливной рампы может быть открыт таком образом, чтобы обеспечивать возможность подачи топлива из регулятора 38 давления в топливную рампу 52. В отличие от клапанов в системах, которые изменяют давление в топливной рампе путем выполнения рабочего цикла клапана, расположенного между регулятором давления и топливной рампой, регулируемый клапан 36 топливной рампы может представлять собой простой клапан, имеющий только полностью открытое и полностью закрытое положения, и который не служит для изменения давления подачи топлива в топливную рампу. Тем не менее, в других вариантах система 34 регулирования давления может выполнять рабочий цикл регулируемого клапана 36 топливной рампы на основании данных датчика давления топливной рампы, благодаря чему клапан работает совместно или заменяет другие механизмы регулирования давления систем во время выбора условий эксплуатации.

В выполнении на фиг.1A-B, где регулируемый клапан 36 топливной рампы 36 расположен со стороны низкого давления регулятора 38, клапан 36 должен быть открыт во время снижения давления в топливной рампе. Тем не менее, в некоторых вариантах клапан 36 может вместо этого располагаться со стороны высокого давления регулятора 38 (например, на топливопроводе 94). В таких вариантах клапан 36 может оставаться закрытым во время выполнения процедуры снижения давления.

Система 34 регулирования давления может регулировать давление в топливной рампе на основании показаний электронных датчиков топливной рампы. Датчик давления 102a топливной рампы может быть выполнен с возможностью измерения фактического давления в топливной рампе и передачи результатов измерений контроллеру 12 системы 14 управления. Если фактическое давление в топливной рампе находится за пределами диапазона предпочтительного давления в топливной рампе, определенного на основании условий эксплуатации двигателя, контроллер может осуществлять управления клапанами 80 и 82 для достижения желаемого давления в топливной рампе и открывать клапан 36 в целях создания гидравлического соединения между регулятором давления и топливной рампой.

В некоторых вариантах контрольный клапан (не показан) может быть размещен между топливным баком 20a и системой 34 регулирования давления в целях обеспечения надлежащей подачи топлива из топливного бака. Датчик давления выпускного трубопровода бака (или датчик давления) 33 может быть расположен выше по потоку относительно системы 34 регулировки давления и ниже по потоку относительно топливного бака 20a для выполнения оценки давления в топливопроводе 94 перед регулированием давления топлива системой 34 регулирования давления. Иными словами, датчик давления 33 может обеспечивать оценку входного давления топлива со стороны более высокого давления регулятора 38 давления. Коалесцирующий фильтр (не показан) может быть расположен со стороны более низкого давления регулятора 38 давления так, что регулируемый клапан 36 топливной рампы находится между регулятором 38 давления и коалесцирующим фильтром.

На фиг.2 показан пример способа 200 работы системы регулирования давления на фиг.1A-B. Следует понимать, что словосочетание «давление в топливной рампе» в способе 200 относится к давлению топливной рампы 52a, соединенной с системой 34 регулирования давления и топливным баком высокого давления (газообразного топлива), а не к давлению в топливной рампе 52b, соединенной с топливным баком 20b.

На этапе 226 способ 200 предусматривает определение возможности эксплуатации двигателя в режиме обслуживания. Режим обслуживания может представлять собой режим работы блока управления трансмиссией (PCM), во время которого желательно понижение давления в регуляторе давления в целях обеспечения возможности обслуживания одной или нескольких систем транспортного средства. Понижение давления в регуляторе давления в соответствии со способом 200 может уменьшать необходимость включения в конструкцию системы регулирования давления автомобильного ниппеля для снижения давления вручную в режиме обслуживания, благодаря чему происходит снижение затрат.

При получении положительного ответа на этапе 226 способ 200 переходит к этапу 214 для выполнения нескольких действий по осуществлению понижения давления, в соответствии с описанием ниже. Следует понимать, что во время сброса давления двигатель может работать или не работать на различных видах топлива, например на топливе из бака 20b на фиг.1A.

В противном случае, если ответ на этапе 226 является отрицательным, двигатель не работает в режиме обслуживания, а способ 200 переходит к этапу 210. На этапе 210 способ 200 содержит определение активности впрыска газообразного топлива. Например, впрыск газообразного топлива может не осуществляться в ходе холодного запуска двигателя, когда запуск двигателя производят из состояния, в котором он был охлажден до температуры окружающей среды, в отличие от горячего запуска двигателя. По варианту, выпуск газообразного топлива может не осуществляться в условиях, когда предпочтителен исключительно впрыск другого топлива (например, жидкого топлива) в двигатель. Определение может быть осуществлено на основании значений измеряемых параметров или иными способами.

При получении отрицательного ответа на этапе 210 впрыск газообразного топлива выключен, способ 200 переходит к этапу 212 в целях определения наличия условий превышения давления. Условия превышения давления могут представлять собой переходные условия, которые имеют место во время холодного запуска двигателя до выхода регулятора давления в рабочий режим или при других условиях, когда впрыск газообразного топлива не осуществляется (а топливные форсунки не осуществляют сброс избыточного давления с помощью форсунок). Во время превышения давления газообразное топливо высокого давления из камеры высокого давления может поступать в камеру низкого давления до достижения порогового значения давления в камере опорного давления. По этой причине равновесие сил между камерой низкого давления и камерой опорного давления не может быть достигнуто, а газообразное топливо под нежелательно высоким давлением (а не под регулируемым давлением) может поступать из регулятора. Подача топлива под нежелательно высоким давлением из регулятора может привести к нежелательно высокому давлению в топливной рампе. Поскольку такое высокое давление в топливной рампе не может быть снижено путем открытия форсунок, когда они выключены, такая ситуация может оказывать неблагоприятное воздействие на работу двигателя, также могут увеличиваться повреждения различных клапанов системы регулировки давления. В некоторых вариантах система 14 управления может определять наличие условий превышения давления путем получения результатов измерений фактического давления в топливной рампе от датчика давления 102a топливной рампы и сравнения полученных показаний с накопленным пороговым значением давления в топливной рампе с помощью контроллера 12.

При получении положительного ответа на этапе 212 или при получении положительного ответа на этапе 226 в соответствии с приведенным выше описанием способ 200 переходит к этапу 214. На этапе 214 способ 200 включает в себя закрытие клапана бака (например, клапана 32 бака на фиг.1A). Закрытие клапана бака может приводить к изоляции топливного бака высокого давления от системы регулировки давления с целью прекращения поступления газообразного топлива из бака в систему регулирования давления в ходе процедуры понижения давления.

После этапа 214 способ 200 переходит к этапу 220, при котором выполняется определение того, находится ли регулируемый клапан топливной рампы со стороны низкого давления регулятора. В вариантах, где регулируемый клапан топливной рампы (например, клапан 36 на фиг.1A-B) расположен со стороны низкого давления регулятора (например, в топливопроводе 50 на фиг.1A-B), ответ на этапе 220 является положительным, а способ 200 переходит к этапу 222 для выполнения открытия регулируемого клапана топливной рампы перед переходом к этапу 224. Однако в вариантах, где регулируемый клапан топливной рампы расположен не со стороны низкого давления регулятора (например, в вариантах, где регулируемый клапан топливной рампы расположен со стороны высокого давления регулятора, как в топливопроводе 94), клапан может оставаться закрытым в ходе процесса понижения давления. Соответственно, в таких вариантах ответ на этапе 220 является отрицательным, а способ 200 переходит от этапа 220 к этапу 224. Следует понимать, что определение на этапе 220 может фактически не быть выполненным в способе 200. Скорее, в вариантах, где регулируемый клапан топливной рампы расположен не со стороны низкого давления регулятора, способ 200 может не содержать этап 220 или 222, при этом способ 200 может содержать этап 222, но не этап 220 в вариантах, где регулируемый клапан топливной рампы расположен не со стороны низкого давления регулятора.

На этапе 224 способ 200 содержит открытие клапана повышения давления (например, клапана 80 на фиг.1A-B) и открытие клапана понижения давления (например, клапана 82 на фиг.1A-B). В одном примере открытие клапанов повышения и понижения давления может быть выполнено при помощи электромагнитных исполнительных механизмов под управлением PCM. В другом примере каждый клапан может быть открыт при помощи исполнительного механизма другого типа. В зависимости от фактического положения клапанов, этап открытия клапанов может также содержать отсутствие действий, если клапаны уже открыты (например, в некоторых вариантах клапаны могут быть открыты при выключенном двигателе в целях понижения давления в регуляторе и уменьшения превышения давления при последующем холодном запуске двигателя). Кроме того, в некоторых вариантах данные датчика измерения давления в топливной рампе и(или) других датчиков могут быть использованы для установления степени превышения давления, а степень и длительность открытия клапанов повышения или понижения давления могут быть определены на основании степени превышения давления.

При открытии клапана понижения давления на этапе 224, газообразное топливо поступает из камеры опорного давления в регулятор давления. В предпочтительном варианте отработанное газообразное топливо может быть подано в фильтр для паров топлива, соединенный с баком жидкого топлива (например, бачок 27 на фиг.1A). В других вариантах отработанное газообразное топливо может поступать в картер или впускной коллектор.

После этапа 224 способ 200 выполняет возврат к этапу 226 для определения фактического нахождения двигателя в режиме обслуживания или начала действия такого режима. При получении положительного ответа на этапе 226 и работе двигателя в режиме технического обслуживания или в начале действия такого режима способ 200 снова переходит к этапу 214 в соответствии с приведенным ниже описанием. В противном случае при получении отрицательного ответа на этапе 226 метод 200 переходит к этапу 210 в целях определения выключенного состояния впрыска газообразного топлива или прекращения впрыска газообразного топлива (если он был осуществлен при первом повторе этапа 210). В случае выключенного состояния впрыска газообразного топлива ответ на этапе 210 является отрицательным, способ 200 переходит к этапу 212 для определения наличия условий превышения давления. В случае наличия таких условий превышения давления ответ на этапе 212 является положительным, способ 200 повторно выполняет этапы 214-224. В соответствии с приведенным выше описанием, если клапаны понижения и повышения давления уже открыты (как и должно быть при повторении этапа 224), этап 224 может предусматривать отсутствие действий или в качестве альтернативы регулировку степени открытия клапанов. В некоторых вариантах, в отличие от многократного повторения этапов 210-224 или этапов 226-224, способ 200 может оставаться на этапе выполнения этапа 224 во время первого повторения до остановки, которая означает окончание действия условий превышения давления или режима обслуживания либо начало действий по впрыску газообразного топлива.

В противном случае при отсутствии дальнейшего действия условий превышения давления, ответ на этапе 212 является отрицательным, способ 200 переходит от этапа 212 к этапу 202. Аналогичным образом, при получении положительного ответа на этапе 210 и включении впрыска газообразного топлива (во время первого повторения или во время следующего повторения этапа 210) способ 200 переходит от этапа 210 к этапу 202. Следует понимать, что на этом этапе при включенном впрыске газообразного топлива превышение давления в топливной рампе может быть устранено путем открытия топливных форсунок, а не выполнением процедуры сброса давления, описанной выше.

При выполнении этапа 202 способ 200 содержит определение предпочтительного давления топлива в топливной рампе на основании режима эксплуатации двигателя. Условия эксплуатации двигателя могут содержать, например, число оборотов двигателя, необходимый крутящий момент, условия окружающей среды (например, температуру, давление, влажность и т.д.), температуру двигателя, уровень топлива в топливном баке и т.д. Оценка этих условий может быть выполнена при помощи входных сигналов датчиков 16 системы 14 управления. По варианту, когда условия эксплуатации двигателя предусматривают низкую потребность в топливе, например, в условиях низкой нагрузки, предпочтительное давление впрыска топлива может быть более низким в целях уменьшения износа форсунок (например, за счет поправки на более длительную продолжительность импульса, и, следовательно, достижение воспроизводимости впрыска меньшего объема). Для сравнения, в условиях пиковой потребности в топливе предпочтительное давление в топливной рампе может быть более высоким. По варианту предпочтительное давление топлива в топливной рампе может быть сохранено в запоминающем устройстве системы 14 управления. Определение предпочтительного давления топлива в топливной рампе может представлять собой определенную процедуру, выполняемую через определенные интервалы в ходе всей эксплуатации системы 8 двигателя, или может быть выполнено с перерывами в случае изменения значения определенного параметра эксплуатации двигателя.

При выполнении этапа 204 способ 200 содержит определение нахождения предпочтительного давления в топливной рампе в диапазоне фактического давления в топливной рампе. Например, система 14 управления может выполнять такое определение путем получения показаний датчиков о фактическом давлении в топливной рампе 52a от датчика давления 102a топливной рамы и сравнения значения показания с накопленным значением предпочтительного давления в топливной рампе с помощью использования контроллера 12. Диапазон может быть определен заранее, при этом чувствительность двигателя к изменениям давления в топливной рампе может являться одним из факторов при определении такого заранее заданного диапазона. Может существовать один заранее заданный диапазон, который является применимым в отношении всех значений предпочтительного давления в топливной рампе, что тоже самое, различные значения предпочтительного давления в топливной рампе могут быть связаны с различными заранее заданными диапазонами.

При получении положительного ответа на этапе 204 способ 200 переходит к этапу 208 и ожидает определение изменений условий эксплуатации двигателя, как подробно описано ниже. Например, если фактическое давление в топливной рампе находится в пределах диапазона предпочтительного давления в топливной рампе, необходимость в регулировке клапанов системы регулирования давления в целях изменения давления в топливной рампе может отсутствовать до момента выявления изменения условий эксплуатации двигателя, что приводит к изменению значений предпочтительного давления в топливной рампе.

В других случаях, если ответ на этапе 204 является отрицательным, способ 200 переходит к этапу 206 в целях управления клапанами системы регулировки давления, например, способом, показанным на фиг.3. В соответствии с подробным описанием для фиг.3 этот способ может содержать управление клапанами в целях повышения или понижения регулирующего давления, которое, в свою очередь, может повышать или понижать давление в топливной рампе.

После выполнения этапа 206 способ 200 переходит к этапу 208. При выполнении этапа 208 способ 200 содержит определение наличия изменений условий эксплуатации двигателя. Определение наличия таких изменений может быть выполнено с заданными интервалами или с перерывами. Например, после того как управление клапанами системы регулировки давления было первоначально выполнено в целях достижения предпочтительного уровня давления в топливной рампе, регулятор давления может выполнять регулирование давления в топливной рампе до достижения неизменного постоянного давления. Затем контроллер может выполнять периодическую оценку условий эксплуатации двигателя. В случаях выявления периодической оценкой изменений условий эксплуатации двигателя (например, изменений, которые могут влиять на предпочтительный уровень давления в топливной рампе, например увеличение нагрузки оператором), ответ на этапе 208 является положительным, способ 200 переходит к этапу 216. В противном случае после выполнения этапа 206 регулятор давления может выполнять регулирование давления в топливной рампе до неизменного постоянного значения (например, предпочтительного давления в топливной рампе) до тех пор, пока контроллер не выдает показание прерывания, обозначающее изменение условий эксплуатации двигателя. В случае прерывания ответ на этапе 208 является положительным, а способ 200 переходит к выполнению этапа 216.

На этапе 216 способ 200 содержит определение случаев остановки двигателя. Например, такое определение может быть выполнено на основании значений параметров, зафиксированных датчиками. Положительный ответ на этапе 216 означает, что произошла остановка двигателя, а способ 200 либо переходит к выполнению дополнительного этапа 218, либо завершается. Дополнительный этап 218 содержит открытие клапана повышения давления и клапана понижения давления. В зависимости от фактического положения клапанов повышения давления и понижения давления этап 218 может содержать открытие одного или обоих клапанов из закрытого состояния и(или) регулирование степени открытия одного или обоих клапанов. Если клапаны повышения и понижения давления уже открыты, этап 218 может не содержать действий, или регулирование степени открытия клапанов. В некоторых вариантах сброс давления в регуляторе путем открытия клапанов повышения и понижения давления при остановке двигателя может оказывать благоприятное воздействие при холодном запуске двигателя. Следует понимать, что если этап 218 был выполнен непосредственно перед остановкой двигателя, необходимость совершения действий системой управления на этапе 224 во время последующего холодного запуска двигателя может отсутствовать, поскольку клапаны уже могут быть открыты. В иных случаях в случае выполнения этапа 218 непосредственно перед остановкой двигателя этап 224 во время последующего холодного запуска двигателя может предусматривать регулирование степени открытия клапанов на основании условий эксплуатации двигателя. После выполнения дополнительного этапа 218 (в случае его выполнения) способ 200 завершается.

В противном случае если ответ на этапе 216 является отрицательным, способ 200 возвращается к выполнению этапа 226.

Применение способа 200 может быть осуществлено непрерывно в ходе эксплуатации двигателя, таким образом обеспечивая регулирование давления в топливной рампе до необходимого значения при изменении условий эксплуатации двигателя для того, чтобы при необходимости выполнять сброс давления в топливной рампе. Следует понимать, что в ходе эксплуатации двигателя предпочтительный уровень давления в топливной рампе может неоднократно изменяться, а операции управления клапанами регулирования давления могут быть выполнены много раз для достижения различных значений предпочтительного уровня давления в топливной рампе. Например, при холодном запуске двигателя, управления клапанами может быть осуществлено в целях сброса давления в топливной рампе или предотвращения превышения давления в топливной рампе. После прогревания двигателя изменения условий его эксплуатации могут приводить к изменению предпочтительного давления в топливной рампе, изменяющегося с первого значения предпочтительного давления в топливной рампе на второе предпочтительное значение давления в топливной рампе, и управление клапанами может быть осуществлено в целях регулирования давления в топливной рампе до второго значения предпочтительного давления в топливной рампе. Последующие изменения условий эксплуатации двигателя могут служить причиной дальнейших действий по управлению клапанами в целях регулирования давления в топливной рампе до третьего значения предпочтительного давления в топливной рампе, четвертого значения предпочтительного давления в топливной рампе и так далее. Аналогичным образом, следует понимать, что предпочтительное давление газообразного топлива в топливной рампе может изменяться в зависимости от того, работает ли двигатель с впрыском исключительно газообразного топлива, газообразного и жидкого топлива или только жидкого топлива. Например, в некоторых вариантах способ 200 может быть реализован частично или не реализован вовсе при условиях предпочтительного впрыска исключительно жидкого топлива (например, из топливного бака 20b через топливную рампу 52b).

Приведенный в одном варианте способ 300 управления клапанами системы регулирования давления (например, системы 34 регулирования давления на фиг.1A-B), направленный на достижение предпочтительного давления в топливной рампе, показан на фиг.3. По варианту способ 300 может быть выполнен на этапе 206 способа 200. В соответствии с приведенным выше описанием способа 200 следует понимать, что словосочетание «давление в топливной рампе» в описании способа 300 относится к давлению в топливной рампе, подключенной к системе регулировки давления топливному баку (газообразного топлива) высокого давления (например, топливной рампе 52a), а не к давлению в топливной рампе, подключенной к топливному баку жидкого топлива (например, топливной рампе 52b).

При выполнении этапа 302 способ 300 содержит определение необходимости повышения или понижения давления для достижения предпочтительного давления в топливной рампе (например, предпочтительного давления в топливной рампе, определенного на этапе 202 способа 200). По варианту контроллер 12 может выполнять операцию, определяющую более высокое и более низкое предпочтительное и фактическое давление в топливной рампе на основании показаний датчиков.

Если определено, что предпочтительное давление в топливной рампе является более высоким, чем фактическое давление в топливной рампе, ответом на этапе 302 является увеличение, а способ 300 переходит к этапу 304. При выполнении этапа 304 способ 300 содержит определение степени и длительности открытия клапана повышения давления. Продолжительность открытия может представлять собой временной интервал, число событий или иной подобный отрезок времени. Объем открытия может представлять собой степень открытия, такую как величина открытия. Величину открытия и длительность открытия на этом этапе могут определять как значения, позволяющие достигать предпочтительного давления в топливной рампе. Возможно осуществление управления операцией путем изменения величины открытия и длительности открытия клапана повышения давления, а также скорости повышения давления в камере низкого давления. В некоторых вариантах может оказаться предпочтительным минимизировать величину открытия клапана повышения давления и максимально увеличить длительность открытия, чтобы замедлить повышение давления в топливной рампе, чтобы таким образом обеспечить плавный переход без воздействий, которые может заметить оператор транспортного средства. В других вариантах может оказаться желательным максимально открыть клапан повышения давления и минимизировать длительность открытия в целях максимально быстрого повышения давления в топливной рампе (например, в момент внезапного ускорения). В противном случае клапан повышения давления может представлять собой простой клапан, управление которым позволяет переводить его в полностью открытое или полностью закрытое положение. В этом случае определение величины открытия может включать в себя определение (полностью) открытого состояния клапана, а длительность открытия является единственным контролируемым параметром.

После определения величины открытия и длительности открытия клапана повышения давления способ 300 переходит от выполнения этапа 304 к этапу 306. При выполнении этапа 306 способ 300 содержит закрытие клапана понижения давления и открытие клапана повышения давления до достижения величины открытия, определенной на этапе 304. В одном варианте открытие и закрытие клапанов повышения и понижения давления может быть выполнено при помощи электромагнитных исполнительных механизмов под управлением PCM. В другом варианте каждый клапан может быть открыт и закрыт при помощи исполнительного механизма другого типа. В зависимости от фактического положения клапана понижения давления, этап закрытия клапана понижения давления может также не содержать действий (если клапан понижения давления уже закрыт) или закрытие клапана понижения давления (если он открыт). Аналогичным образом, в зависимости от фактического положения клапана повышения давления, этап открытия клапана повышения давления до нужной величины открытия может предусматривать открытие указанного клапана до нужной величины открытия из полностью закрытого положения или изменение величины открытия клапана повышения давления, если он уже открыт.

После выполнения этапа 306 способ 300 переходит к этапу 308. При выполнении этапа 308 способ 300 предусматривает определение окончания времени открытия клапана. Например, контроллер может выполнять операцию по сравнению расчета с числовым значением, соответствующим определяемой длительности открытия через заранее определенные интервалы. Если определено, что длительность открытия клапана не истекла, ответ на этапе 308 является отрицательным, а способ 300 возвращается к выполнению этапа 308 в целях выполнения повторной проверки окончания времени открытия, например после окончания заранее определенного интервала. После получения положительного результата проверки окончания длительности открытия способ 300 переходит от этапа 308 к этапу 310. В противном случае контроллер может увеличивать счет при каждом тактовом сигнале, начиная с момента открытия клапана повышения давления, и может осуществлять прерывание, когда счетчик достигает числа, соответствующего длительности открытия, определенной на этапе 304. При прерывании на входе выполнения способа 300 возможен переход от этапа 308 к этапу 310.

При выполнении этапа 310 способ 300 содержит закрытие клапана повышения давления. Например, контроллер может осуществлять управление исполнительным механизмом клапана повышения давления в целях закрытия клапана. После выполнения этапа 310 способ 300 завершается.

Однако если определено, что предпочтительное давление в топливной рампе должно быть ниже, чем фактическое давление в топливной рампе на этапе 302, ответом является уменьшение, а способ 300 переходит от этапа 302 к этапу 312. При выполнении этапа 312 способ 300 содержит определение величины открытия и длительности открытия клапана понижения давления. Величину открытия и длительность открытия на этом этапе могут составлять значения, которые приводят к достижению предпочтительного уровня давления в топливной рампе. Путем изменения величины открытия и длительности открытия клапана понижения давления можно осуществлять управление скоростью снижения давления в камере низкого давления в порядке, аналогичном описанному выше, в отношении клапана повышения давления. Однако в отличие от клапана повышения давления, клапан понижения давления встроен в трубную муфту камеры опорного давления регулятора давления с одним или несколькими впускными коллекторами, картером, фильтром для паров топлива, вакуумным эжектором, вакуумным насосом, выводом в атмосферу и т.д., как показано на фиг.1A-B. Соответственно, при определении величины открытия и длительности открытия клапана понижения давления возможен учет дополнительных факторов, в зависимости от направления трубопровода клапана понижения давления (например, трубопровода 92 на фиг.1A-B), а также в зависимости от условий эксплуатации двигателя. В противном случае клапан понижения давления может представлять собой простой клапан, управление которым позволяет переводить его в полностью открытое или полностью закрытое положение. В этом случае определение величины открытия может предусматривать определение (полностью) открытого состояния клапана, а длительность открытия является единственным контролируемым параметром.

После определения величины открытия и длительности открытия клапана понижения давления способ 300 переходит от этапа 312 к этапу 314. При выполнении этапа 314 способ 300 содержит закрытие клапана повышения давления и открытие клапана понижения давления на величину открытия, определенную на этапе 312. В одном варианте открытие клапанов понижения и повышения давления может быть выполнено при помощи электромагнитных исполнительных механизмов под управлением PCM. В другом варианте каждый клапан может быть открыт при помощи исполнительного механизма другого типа. В зависимости от фактического положения клапана повышения давления этап закрытия этого клапана может также не содержать действий (если клапан повышения давления уже закрыт) или закрытие клапана повышения давления (если клапан повышения давления открыт). Аналогичным образом, в зависимости от положения клапана понижения давления, этап открытия клапана понижения давления до необходимой величины открытия может содержать открытие клапана понижения давления до нужной величины открытия из полностью закрытого положения или изменение величины открытия клапана понижения давления, если он уже приоткрыт.

Следует понимать, что при открытом клапане понижения давления газообразное топливо поступает из камеры опорного давления в регулятор. По предпочтительному варианту газообразное топливо, поступающее из камеры опорного давления на этом этапе (например, во время работы топливных форсунок), может быть подано во впускной коллектор двигателя. Однако в других вариантах подача газообразного топлива может быть осуществлена в другое место, и(или) его подача может быть осуществлена с помощью одного или нескольких эжекторов / диффузоров / аспирационных колонок в целях создания вакуума.

После выполнения этапа 314 способа 300 переходят к этапу 316. При выполнении этапа 316 в способе 300 предусмотрено определение окончания времени открытия, например, способом, описанным выше в отношении этапа 308. Если установлено, что время открытия не истекло, ответ на этапе 316 является отрицательным, способ 300 возвращается к этапу 316. В случае определения окончания времени открытия ответ на этапе 316 является отрицательным, а способ 300 переходит к этапу 318.

При выполнении этапа 318 способ 300 содержит закрытие клапана понижения давления. Например, контроллер может осуществлять управление исполнительным механизмом клапана понижения давления в целях закрытия клапана. После выполнения этапа 318 способ 3000 завершается.

Следует понимать, что после завершения применения способа 300, независимо от того, применялся ли способ для повышения или понижения давления в топливной рампе, клапаны понижения и повышения давления закрыты. Соответственно, после выполнения способа 300, камера опорного давления регулятора давления может быть изолирована за счет двух закрытых клапанов, а регулятор может осуществлять регулирование давления в топливной рампе до неизменного постоянного значения (например, предпочтительного давления в топливной рампе) до момента изменения предпочтительного давления в топливной рампе (например, вследствие изменений условий эксплуатации двигателя в соответствии со способом 200). Когда предпочтительное давление в топливной рампе изменяется на другое предпочтительное давление в топливной рампе, например, вследствие изменения условий эксплуатации двигателя, может быть начато применение способа 300 в целях изменения давления в камере опорного давления регулятора давления для регулировки давления в топливной рампе до другого предпочтительного давления в топливной рампе. Как указано в приведенном выше описании со ссылкой на фиг.2, в ходе эксплуатации двигателя предпочтительное давление в топливной рампе может многократно изменяться и, следовательно, может быть осуществлено управление системой регулирования давления в целях многократного изменения регулирующего давления регулятора давления для достижения предпочтительного уровня давления в топливной рампе при заданных эксплуатационных условия двигателя. В противном случае в некоторых вариантах условия эксплуатации двигателя, влияющие на предпочтительное давление в топливной рампе, могут оставаться неизменными в ходе эксплуатации двигателя (например, в ходе одного рейса транспортного средства), но могут быть изменены от одного случая эксплуатации двигателя до другого (т.е. в разных рейсах транспортного средства, например, в летний и зимний день или при рейсах транспортного средства на разной высоте над уровнем моря). В таких примерах способ 300 может регулировать давление в топливной рампе до одного предпочтительного значения давления в топливной рампе в ходе первого случая эксплуатации двигателя (или первого рейса транспортного средства) и до единичного другого предпочтительного давления в топливной рампе в ходе второго случая эксплуатации двигателя (или второго рейса транспортного средства).

На фиг.4 приведен пример временных диаграмм, иллюстрирующих зависимость различных параметров системы регулирования давления, то есть системы 34 регулирования давления по фиг.1A-B, от времени. Фактическое давление в топливной рампе изображено на графике 410, предпочтительное давление в топливной рампе изображено на графике 420, величина открытия клапана повышения давления приведена на графике 430, а величина открытия клапана понижения давления приведена на графике 440. На каждом графике время изображено по оси X, а соответствующий эксплуатационный параметр - по оси Y.

В одном примере без ограничений до наступления времени t₀ двигатель выключен. Как показано, в это время давление в топливной рампе равно 0, предпочтительное давление в топливной рампе равно 0, а клапаны повышения и понижения давления закрыты. В других примерах, однако, клапаны повышения и понижения давления могут быть открыты при выключенном двигателе в целях снижения превышения давления при холодном запуске.

Во время t₀ может быть произведен холодный запуск двигателя. Предпочтительное давление в топливной рампе в условиях холодного запуска двигателя (ссылки на которое приведены в настоящем примере как ссылки на первое предпочтительное давление в топливной рампе) может быть относительно низким, например, по причине подачи исключительно избыточного напряжения на топливные форсунки на этом этапе. Тем не менее, как описано выше, может наблюдаться интервал между запуском двигателя и временем прогревания регулятора давления, вследствие чего он может выполнять регулирование давления в соответствии с принципами эксплуатации и(или) в топливной рампе может наблюдаться высокое остаточное давление. Поскольку в условиях, когда форсунки газообразного топлива работают, может существовать возможность сброса избыточного давления с помощью форсунок, это действие может оказаться невозможным в условиях холодного запуска, когда имеющееся напряжение является недостаточным для открытия форсунок. Соответственно, в целях понижения давления в регуляторе для достижения первого более низкого предпочтительного давления в топливной рампе, клапан повышения и клапан понижения давления могут быть открыты во время t₀, как показано. Газообразное топливо из камеры низкого давления может поступать в камеру опорного давления в результате открытия клапана повышения давления и может быть сброшено из камеры опорного давления вследствие открытия клапана понижения давления. Таким образом, превышению давления может препятствовать сброс давления в камере опорного давления, в результате чего скорость повышения давления в топливной рампе позволяет достигнуть первого предпочтительного давления в топливной рампе и не приводить к нежелательному высокому давлению в топливной рампе. В некоторых примерах величины проемов клапанов повышения и понижения давления могут быть определены на основании предположительной продолжительности выключения топливных форсунок (например, предположительной продолжительности холодного запуска) и предпочтительного давления в топливной рампе. В других примерах клапаны могут быть просто открыты в момент выключения форсунок, при этом они могут оставаться открытыми до срабатывания форсунок.

Промежуток между временем t₀ и временем t₁ может соответствовать интервалу, в течение которого имеются условия холодного запуска двигателя. В предпочтительном варианте газообразное топливо, поступающее из камеры опорного давления при открытии клапана понижения давления на этом этапе, может быть подано в фильтр для паров топлива, например фильтр 27 на фиг.1A. В других вариантах газообразное топливо, поступающее из камеры опорного давления при открытии клапана понижения давления на этом этапе, может быть подано в картер двигателя (соединенный с двигателем) или во впускной коллектор. Например, топливопровод, выходящий из камеры опорного давления, который содержит клапан понижения давления, может соединять камеру опорного давления с фильтром, картером или впускным коллектором. В противном случае топливопровод, выходящий из камеры опорного давления, может являться частью сети трубопроводов, а управление клапанами в местах соединения трубопровода может быть осуществлено системой управления для подачи газообразного топлива в топливопроводы в нужном месте (например, в фильтр для паров топлива при выключенном впрыске газообразного топлива и во впускной коллектор при действующем впрыске газообразного топлива и понижении давления в регуляторе давления путем закрытия клапана повышения давления и открытия клапана понижения давления).

В момент t₁ двигатель может быть прогрет, а топливные форсунки могут работать (например, при наличии достаточно высокого напряжения для открытия форсунок). С момента t₁ до момента t₂ предпочтительное давление топлива в рампе по-прежнему является первым показанным предпочтительным давлением в топливной рампе, а фактическое давление в топливной рампе равно первому предпочтительному давлению в топливной рампе. Поэтому клапаны повышения и понижения давления полностью закрыты во время этого интервала, поскольку необходимость в изменении фактического давления в топливной рампе для достижения предпочтительного давления в топливной рампе отсутствует. В момент t₂, однако, предпочтительное давление в топливной рампе повышается с первого предпочтительного значения до второго предпочтительного значения. Как видно из настоящего примера, второе предпочтительное давление в топливной рампе выше первого.

Для повышения фактического давления в топливной рампе до второго предпочтительного давления в топливной рампе клапан повышения давления должен быть приоткрыт в промежутке между временем t₂ и t₃, как показано на графике 430. Величина открытия клапана повышения давления и интервал между временем t₂ и t₃ могут соответствовать величине открытия и длительности открытия, определенным на этапе 312 способа 300, например. В этом примере необходимость приведения фактического давления в топливной рампе ко второму предпочтительному значению может быть менее срочной, чем необходимость достижения первого предпочтительного значения давления в топливной рампе. Соответственно, величина открытия клапана повышения давления с момента t₂ до момента t₃ меньше величины открытия клапана понижения давления с момента t₀ до момента t₁, хотя длительность открытия клапана повышения давления (интервал между временем t₂ и t₃) больше по сравнению с длительностью открытия клапана понижения давления во время перехода от нулевого давления в топливной рампе (т.е. 0 кПа) при запуске двигателя к первому предпочтительному давлению в топливной рампе (интервал между временем t₂ и t₃). Таким образом, предпочтительное давление в топливной рампе может быть достигнуто за счет минимизации амортизации клапана в условиях эксплуатации двигателя, когда более медленный переход от одного предпочтительного давления в топливной рампе к другому является допустимым. При этом клапан понижения давления остается полностью закрытым с момента t₂ до момента t₃.

В момент t₃ фактическое напряжение в топливной рампе достигает второго предпочтительного значения давления в топливной рампе, а клапан повышения давления закрыт. Поскольку фактическое давление в топливной рампе равно предпочтительному давлению в топливной рампе (т.е. второму предпочтительному давлению в топливной рампе) в период между временем t₃ и t₄ и отсутствует необходимость изменения этого давления для достижения предпочтительного значения давления в топливной рампе, клапаны повышения и понижения давления остаются закрытыми с момента t₃ до момента t₄. Однако в момент t₄ предпочтительное давление в топливном клапане повышается со второго предпочтительного значения давления в топливной рампе до третьего предпочтительного давления в топливной рампе. Как видно из настоящего примера, третье предпочтительное давление в топливной рампе выше второго.

В данном примере необходимость изменения фактического давления в топливной рампе со второго на третье предпочтительное значение носит срочный характер (например, вследствие быстрого ускорения до условий пикового крутящего момента). Для быстрого повышения фактического давления в топливной рампе до третьего предпочтительного значения необходимо полностью открыть клапан повышения давления с момента t₄ до момента t₅, как показано на графике 430. Поскольку величина открытия клапана повышения давления в этом случае больше в сравнении с величинами проемов клапанов понижения и повышения давления во время временных интервалов между t₀ и t₁ а также между t₂ и t₃, соответственно, длительность открытия для достижения предпочтительного повышения давления в топливной рампе меньше по сравнению с длительностью открытия клапанов понижения и повышения давления в интервалах между t₀ и t₁ а также t₂ и t₃, соответственно. Таким образом, при необходимости выполнения требований к давлению топлива в двигателе повышение давления в топливной рампе до предпочтительного может быть быстро достигнуто путем полного открытия клапана повышения давления. При этом клапан понижения давления остается полностью закрытым с момента t₄ до момента t₅.

В момент t₅ фактическое давление в топливной рампе достигает третьего предпочтительного значения, а клапан повышения давления закрыт. Поскольку фактическое давление в топливной рампе равно предпочтительному (т.е. третьему предпочтительному давлению в топливной рампе) в промежутке между t₅ и t₆, а необходимость изменения давления для достижения предпочтительного уровня давления в топливной рампе отсутствует, клапаны повышения и понижения давления остаются закрытыми с момента t₅ до момента t₆. Однако в момент t₆ предпочтительное давление в топливной рампе снижается с третьего предпочтительного значения до четвертого предпочтительного значения. Как показано, четвертое предпочтительное значение давления в топливной рампе равно второму. Тем не менее, в этом примере необходимость изменения фактического давления в топливной рампе с третьего значения на четвертое носит менее срочный характер в сравнении с переходом от второго предпочтительного значения давления к третьему, как описано выше. Соответственно, несмотря на то, что изменение давления в топливной рампе, необходимое в момент t₆, имеет ту же величину, что и изменение давления в топливной рампе, необходимое в момент t₄, величина открытия и длительность открытия клапана между указанными двумя интервалами являются различными. При этом величина открытия клапана понижения давления меньше по отношению к величине открытия клапана повышения давления в момент t₄, а длительность открытия клапана понижения давления превышает длительность открытия клапана повышения давления (с момента t₄ до момента t₅).

В момент t₇ фактическое давление в топливной рампе достигает четвертого предпочтительного значения давления в топливной рампе, а клапан понижения давления закрыт (в то время как клапан повышения давления остается закрытым). Следует понимать, что после момента t₇ предпочтительное давление в топливной рампе может изменяться в течение одного или нескольких дополнительных моментов, а управление клапанами повышения и понижения давления может быть осуществлено в целях достижения новых предпочтительных значений давления в топливной рампе в процессе эксплуатации двигателя и системы регулировки давления.

Следует отметить, что варианты способов управления и оценки, содержащиеся в настоящем описании, могут быть использованы применительно к различным двигателям и(или) конфигурациям систем транспортных средств. Особые способы, приведенные в настоящем описании, могут представлять собой одну или несколько стратегий обработки, например управление по событиям, управление по прерываниям, многозадачность, многопоточность и т.д. В силу этого различные проиллюстрированные действия, операции или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях исключены. Подобным образом порядок обработки не обязательно необходимо соблюдать для достижения характеристик и преимуществ вариантов, описанных в настоящем описании; он приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или несколько проиллюстрированных действий или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, описанные действия могут графически представлять собой программный код на машиночитаемом носителе памяти в системе управления двигателем.

Необходимо отметить, что системы и способы, изложенные в данном описании, имеют иллюстративный характер и конкретные варианты или примеры реализации изобретения не следует рассматривать как ограничивающие, поскольку возможны их многочисленные варианты. Например, описанная технология может быть применена для двигателей V-6, I-4, I-6, V-12, оппозитного четырехцилиндрового и других типов двигателей. Данное раскрытие включает в себя все новые и неочевидные комбинации описанных систем и конфигураций, а также других описанных элементов, функций и/или свойств.

Изобретение относится к регулированию давления впрыска в транспортных средствах, работающих на газообразном топливе. Представлены способ и система для снижения давления в регуляторе топлива во время холодного запуска двигателя и изменения давления впрыска топлива после холодного запуска транспортных средств, работающих на газообразном топливе. Механический регулятор давления может быть выполнен с возможностью включения в его конструкцию клапанов, которые могут управляться для понижения давления в камере опорного давления регулятора при выключенной системе впрыска газообразного топлива (например, до и во время холодного запуска), а также для регулирования давления газообразного топлива для изменения давлений по результатам сигнала электронной связи по давлению, а также условий эксплуатации двигателя при включенной системе впрыска газообразного топлива. По варианту давление в камере опорного давления регулятора давления может быть изменено за счет управления клапанами подачи газообразного топлива в камеру опорного давления и последующего управления клапанами выпуска газообразного топлива из камеры опорного давления, например, в фильтр для паров топлива. Технический результат заключается в повышении стабильности работы. 3 н. и 11 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ регулирования давления газообразного топлива в двигателе транспортного средства, при котором:

при выключенной подаче газообразного топлива в цилиндр двигателя ниже по потоку дроссельной заслонки посредством топливной форсунки, соединенной с топливной рампой для газообразного топлива, открывают первый клапан, расположенный в трубопроводе, соединяющем камеру низкого давления регулятора давления с камерой опорного давления регулятора, для подачи газообразного топлива из камеры низкого давления в камеру опорного давления и открывают второй клапан, расположенный в трубопроводе, соединяющем камеру опорного давления с другим компонентом или системой транспортного средства, для выпуска газообразного топлива из камеры опорного давления; и,

при включенной подаче газообразного топлива в цилиндр изменяют регулирующее давление в камере низкого давления и направляют газообразное топливо при регулирующем давлении от камеры низкого давления к топливной рампе, причем при изменении регулирующего давления:

- увеличивают регулирующее давление посредством открывания первого клапана для направления газообразного топлива из камеры низкого давления в камеру опорного давления, в то же время закрывая второй клапан, и затем после первой длительности открытия закрывают первый клапан таким образом, что как первый, так и второй клапаны являются закрытыми, а камера опорного давления - изолированной; или

- уменьшают регулирующее давление посредством открывания второго клапана для направления газообразного топлива из камеры опорного давления, в то же время закрывая первый клапан, и затем после второй длительности открытия закрывают второй клапан таким образом, что как первый, так и второй клапаны являются закрытыми, а камера опорного давления - изолированной.

2. Способ по п. 1, при котором открытие второго клапана при выключенной подаче газообразного топлива обеспечивает сообщение камеры опорного давления с бачком для хранения паров топлива.

3. Способ по п. 1, при котором открытие второго клапана при выключенной подаче газообразного топлива обеспечивает сообщение камеры опорного давления и картера двигателя.

4. Способ по п. 1, при котором открытие второго клапана при выключенной подаче газообразного топлива обеспечивает сообщение камеры опорного давления и впускного коллектора двигателя.

5. Способ по п. 1, при котором открытие второго клапана при включенной подаче газообразного топлива обеспечивает сообщение камеры опорного давления с впускным коллектором двигателя.

6. Система для двигателя на газообразном топливе, содержащая:

топливный бак газообразного топлива;

регулятор давления, содержащий камеру высокого давления, соединенную с топливным баком, камеру низкого давления, соединенную с топливной рампой, и камеру опорного давления;

первый клапан, расположенный в трубопроводе, соединяющем по текучей среде камеру низкого давления с камерой опорного давления, когда первый клапан открыт, независимо от того, находится ли камера низкого давления в сообщении по текучей среде с камерой высокого давления; и

второй клапан, расположенный в трубопроводе, соединяющем по текучей среде камеру опорного давления с бачком для хранения паров топлива, когда второй клапан открыт; и

систему управления с машиночитаемыми инструкциями для:

- открытия, во время холодного запуска двигателя, первого клапана для подачи газообразного топлива из камеры низкого давления в камеру опорного давления и открытия второго клапана для выпуска газообразного топлива из камеры опорного давления в бачок для хранения паров топлива; и

- управления, после холодного запуска двигателя, первым и вторым клапанами для изменения регулирующего давления в камере низкого давления, направления газообразного топлива при регулирующем давлении от камеры низкого давления к топливной рампе и впрыскивания газообразного топлива из топливной рампы в цилиндр двигателя ниже по потоку дроссельной заслонки посредством топливной форсунки, соединенной с топливной рампой.

7. Система по п. 6, в которой система управления дополнительно содержит машиночитаемые инструкции для:

открытия первого и второго клапанов во время холодного запуска двигателя.

8. Система по п. 7, в которой камера опорного давления соединена с бачком для паров топлива во время холодного запуска.

9. Система по п. 8, в которой управление первым и вторым клапаном осуществляется на основе электронной обратной связи по давлению.

10. Система по п. 9, в которой электронная обратная связь по давлению представляет собой обратную связь от датчика давления топливной рампы, причем управление первым и вторым клапаном осуществляется в качестве реагирования на предпочтительное давление в топливной рампе.

11. Система по п. 10, в которой газообразное топливо представляет собой сжатый природный газ (СПГ).

12. Способ эксплуатации двигателя на газообразном топливе транспортного средства, при котором:

во время холодного запуска двигателя осуществляют сброс давления в камере опорного давления регулятора давления; и

после холодного запуска двигателя изменяют регулирующее давление в камере низкого давления регулятора на основе предпочтительного давления в топливной рампе, направляют газообразное топливо при регулирующем давлении от камеры низкого давления к топливной рампе и впрыскивают газообразное топливо из топливной рампы в цилиндр ниже по потоку дроссельной заслонки, причем при изменении регулирующего давления в камере низкого давления:

- увеличивают регулирующее давление посредством открывания первого клапана, расположенного в трубопроводе, соединяющем камеру низкого давления регулятора давления с камерой опорного давления, для подачи газообразного топлива из камеры низкого давления в камеру опорного давления, в то же время закрывая второй клапан, расположенный в трубопроводе, соединяющем камеру опорного давления с другим компонентом или системой транспортного средства, и затем после первой длительности открытия закрывают первый клапан таким образом, что как первый, так и второй клапаны являются закрытыми, а камера опорного давления - изолированной; или

- уменьшают регулирующее давление посредством открывания второго клапана для направления газообразного топлива из камеры опорного давления, в то же время закрывая первый клапан, и затем после второй длительности открытия закрывают второй клапан таким образом, что как первый, так и второй клапаны являются закрытыми, а камера опорного давления - изолированной.

13. Система по п. 12, в которой сброс давления в камере опорного давления во время холодного запуска двигателя осуществляют путем открытия первого клапана и открытия второго клапана.

14. Способ по п. 12, при котором дополнительно впрыскивают другое топливо в двигатель в момент сброса давления в камере опорного давления.