СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ПРИ ОПУСТОШЕНИИ ГАЗОВОГО ТОПЛИВНОГО БАКА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2017 года по МПК F02D19/02 F02D19/08 F02M21/02 F02M43/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

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

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

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

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

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

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

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

впрыскивают жидкое топливо в двигатель через жидкостную топливную форсунку; и

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

впрыскивают жидкое топливо в двигатель через жидкостную топливную форсунку; и

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

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

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

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

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

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

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

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

фиг. 1 - схематичное изображение двигателя;

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

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

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

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

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

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

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Возвращаясь к управлению по способам, фиг. 5 и 6 показывают примерные блок-схемы последовательности операций для двух способов, которые контроллер может использовать для регулировки скорости впрыска CNG на основании расхода дросселируемого на звуковой скорости потока. На фиг. 5, способ 500 использует физическую сущность системы трубопроводов CNG для вычисления по существу максимального массового расхода на основании рассчитанного расхода дросселируемого на звуковой скорости потока через сужение, который зависит от давления в баке. Затем, на фиг. 6, способ 600 считывает требуемую нагрузку двигателя и использует рассчитанный расход дросселируемого на звуковой скорости потока через сужение для регулировки количества впрыскиваемого CNG, чтобы по существу максимизировать количество подаваемого CNG. В заключение, согласно способам, описанным в материалам настоящего описания, и в зависимости от требуемой нагрузки двигателя, сравниваемой с количеством CNG, имеющимся в распоряжении для использования, контроллер 12 дополнительно может выдавать второе топливо (например, бензин, электричество, и т.д.) на борту транспортного средства для совместного топливоснабжения, чтобы по существу добиваться требуемого функционирования двигателя - такого как требуемое регулирование топливно-воздушного соотношения, требуемое регулирование крутящего или скорость вращения холостого хода.

Так как описанные способы рассчитывают расход дросселируемого на звуковой скорости потока для регулировки расхода впрыска CNG, уместно краткое описание вычисления потока. Когда скорость потока газов дросселируется, массовый расход зависит от площади поперечного сечения (A) отверстия или сужения в регуляторе 86 давления, через который течет газовое топливо, в дополнение к давлению (P₀) и температуре (T₀) выше по потоку. Однако, как отмечено выше, расход не зависит от давления ниже по потоку. Уравнение массового расхода приведено согласно:

где - массовый расход (кг/с), C - безразмерный коэффициент расхода при истечении, A - площадь поперечного сечения выпускного отверстия (м²), k - отношение удельных теплоемкостей (c_p/c_v), которое зависит от особенностей газа (например, для метана, k=1,307), ρ₀ - плотность газа выше по потоку от сужения (кг/м³), P₀ - давление выше по потоку (Па), и T₀ температура газа выше по потоку (K). Хотя единицы СИ предусмотрены для каждой переменной уравнения, другие единицы измерения также возможны. Вышеприведенное уравнение может использоваться для расчета массового расхода установившегося состояния для конкретного газа на основании давления и температуры, существующих в расположенном выше по потоку источнике давления. Хотя температура включена в него, в некоторых случаях, массовый расход может слабо зависеть от температуры выше по потоку.

На этапе 502 способ 500 включает в себя определение различных системных переменных выше по потоку, подобных плотности, давлению и температуре газового топлива, и площади поперечного сечения выпускного отверстия на основании измеренного давления в баке. Затем, на основании определенных системных переменных выше по потоку, на этапе 504, способ 500 дополнительно включает в себя расчет расхода звукового потока CNG, например, с использованием уравнения, описанного только что. Так как способ регулирует расход CNG, впрыскиваемого в цилиндры двигателя, сохраняя массовый расход CNG, подаваемого форсунками, меньшим, чем массовый расход CNG через сужение, подаваемого в форсунки, на этапе 506 способ 500 включает в себя определение среднего массового расхода CNG, подаваемого форсунками. Затем, на этапе 508, способ 500 включает в себя сравнение двух массовых расходов и регулировку впрыска CNG, чтобы по существу максимизировать количество CNG из форсунок на основании расхода дросселируемого на звуковой скорости потока. Это может делаться для минимизации расхода жидкого бензина, который, в некоторых случаях, является более дорогостоящим, чем CNG. Поэтому, посредством доведения до максимума CNG в качестве топлива-заменителя для бензина, стоимость эксплуатации транспортного средства может преимущественно снижаться. Как отмечено выше, в некоторых случаях, количество подаваемого CNG может обеспечивать часть мощности для требуемой нагрузки двигателя. По существу, хотя и не идентифицировано в прямой форме на фиг. 5, способ дополнительно может обеспечивать оставшуюся часть, например, с использованием жидкого топлива, непосредственно впрыскиваемого в систему двигателя.

На фиг. 6 показана блок-схема последовательности операций способа 600, в которой контроллер 12 производит регулировки в пределах системы двигателя, чтобы по существу максимизировать количество используемого CNG, на основании рассчитанного расхода дросселируемого на звуковой скорости потока. Поэтому, способ 600 содержит работу двигателя, при опустошении газового топливного бака, посредством подведения газового топлива из бака к топливной форсунке через сужение; а кроме того, регулирование массового расхода из указанной топливной форсунки в двигатель, чтобы в среднем был меньшим, чем массовый расход указанного газового топлива через сужение, которое подается на указанную топливную форсунку.

На этапе 602 способ 600 включает в себя контроль условий работы двигателя. Например, в некоторых условиях работы, двигатель может работать на низкой нагрузке, например, в качестве указываемой датчиком 134 положения, присоединенным к педали 130 акселератора, для считывания силы, приложенной ступней 132. Когда это имеет место, и контроллер 12 определяет, что достаточное количество газового топлива имеется в распоряжении для впрыска на основании расхода дросселируемого на звуковой скорости потока, контроллер 12 может подавать только газовое топливо для питания двигателя. Однако, в других условиях работы, двигатель может работать на более высокой нагрузке, так что впрыскиваемое газовое топливо может подавать всего лишь часть питания для работы двигателя на основании условий. Поэтому, в течение этих периодов времени, контроллер 12 может вводить в действие вторую, жидкостную топливную систему для непосредственного впрыска в цилиндр, чтобы осуществлять совместное топливоснабжение двигателя наряду с подачей достаточного количества жидкого топлива, чтобы возмещать оставшуюся разность на основании выявленной нагрузки двигателя.

Так как расход дросселируемого на звуковой скорости потока в целом зависит от конфигурации системы трубопроводов газовой топливной системы, а также давления выше по потоку, в некоторых вариантах осуществления, массовый расход из бака может калиброваться в зависимости от давления в баке для данной конфигурации системы трубопроводов. Поэтому, на этапе 604, способ 600 включает в себя определение давления газового топлива в баке, поскольку массовый расход указанного газового топлива через сужение, подаваемого на форсунки, может определяться по давлению в газовом топливном баке. Как подробно описано выше, давление в баке может определяться датчиком 60 давления в баке в некоторых вариантах осуществления или, в других вариантах осуществления, датчиком 233 давления в выходной магистрали бака, расположенным ниже по потоку от топливного бака 91, чтобы давать оценку давления в баке.

На основании рассчитанного расхода дросселируемого на звуковой скорости потока, описанного на фиг. 5 и выявленных условий двигателя, на этапе 606 способ 600 включает в себя сравнение среднего массового расхода, впрыскиваемого в двигатель, с массовым расходом дросселируемого на звуковой скорости потока через сужение, рассчитанным по давлению в газовом баке. Затем, на основании сравнения, если средний массовый расход из форсунок больше, чем массовый расход ограниченного на звуковой скорости потока через сужение, на этапе 608 способ 600 включает в себя команды для снижения расхода впрыска CNG в двигатель, чтобы уменьшать количество впрыскиваемого CNG. Наоборот, если контроллер 12 определяет, что массовый расход из форсунок меньше, чем массовый расход через сужение, на этапе 610 способ 600 включает в себя регулировку величины впрыска, например, посредством увеличения количества газового топлива, подаваемого в двигатель, чтобы по существу максимизировать массовый расход наряду с поддержанием среднего массового расхода из форсунок меньшим, чем массовый расход ограниченного на звуковой скорости потока через сужение. Таким образом, система 14 управления может использовать остаток газового топлива на борту транспортного средства на основании условий работы двигателя и выявленного давления в баке наряду с по существу минимизацией времени для опустошения топливного бака. Это особенно полезно во время крайней величины опустошения бака, когда содержимое газового бака-хранилища является низким.

Фиг. 7 показывает моделированную рабочую последовательность согласно способу по фиг. 5 и 6, когда двигатель имеет газовые топливные форсунки впрыска во впускной канал без газовых топливных форсунок непосредственного впрыска. Последовательность по фиг. 7 может обеспечиваться посредством системы по фиг. 1-3 согласно способу по фиг. 5 и 6. Вертикальные метки показаны в моменты T₀-T₅ времени для идентификации конкретных интересующих моментов времени в течение последовательности.

Первый график сверху по фиг. 7 представляет подводимое питание двигателя, которое показано в качестве давления во впускном коллекторе двигателя в зависимости от времени. Ось Y представляет давление во впускном коллекторе двигателя, и давление во впускном коллекторе повышается в направлении стрелки оси Y. Ось X представляет время, и время увеличивается с левой стороны по фиг. 7 к правой стороне по фиг. 7. Горизонтальная метка 702 представляет давление воздуха окружающей среды. Давление выше давления окружающей среды находится выше горизонтальной метки 702. Давление ниже давления окружающей среды находится ниже горизонтальной метки 702.

Второй график сверху по фиг. 7 представляет величину впрыска жидкого топлива в зависимости от времени. Ось Y представляет количество жидкого топлива, впрыскиваемого в двигатель, и количество впрыскиваемого жидкого топлива возрастает в направлении стрелки оси Y. Ось X представляет время, и время увеличивается с левой стороны по фиг. 7 к правой стороне по фиг. 7.

Третий график сверху по фиг. 7 представляет величину впрыска газообразного топлива, впрыскиваемую в двигатель через газовую топливную форсунку впрыска во впускной канал, в зависимости от времени. Ось Y представляет количество газового топлива, впрыскиваемого через отверстие или центральную форсунку. Количество газового топлива, впрыскиваемого в двигатель, возрастает в направлении стрелки оси Y. Ось X представляет время, и время увеличивается с левой стороны по фиг. 7 к правой стороне по фиг. 7. Часть дросселируемого на звуковой скорости потока 706, который будет описан ниже и в целом зависит от давления в газовом баке, также показана на третьем графике, чтобы продемонстрировать способ.

В способе согласно настоящему изобретению, доля энергии (или питания) от газового топлива и доля энергии (или питания) от жидкого топлива могут складываться, чтобы достигать суммарного подводимого питания в двигатель, например, в ответ на датчик 134 положения педали. Поэтому, согласно одному из вариантов осуществления способа, топливо с низкой стоимостью (например, газовое топливо) может предпочтительно использоваться наряду с тем, что сберегается топливо с высокой стоимостью (например, жидкое топливо). Например, на фиг. 7, подводимое питание двигателя, которое указано давлением во впускном коллекторе на первом графике сверху по фиг. 7, может оцениваться прибавлением величины впрыска жидкого топлива, которое пропорционально доле энергии от жидкого топлива на втором графике сверху по фиг. 7, к величине впрыска газового топлива, которое пропорционально доле энергии от газового топлива на третьем графике сверху по фиг. 7. Поэтому, как показано в материалах настоящего описания, способ может действовать, чтобы предпочтительно использовать менее дорогостоящее газовое топливо наряду со сбережением более дорогостоящего жидкого топлива при работе транспортного средства.

Четвертый график сверху по фиг. 7 представляет график разности между дросселируемым звуковым потоком 706 и величиной впрыска газового топлива, показанной на четвертом графике, описанном только что. Ось Y представляет разность между двумя массовыми расходами, где значения выше горизонтальной линии указывают положительные разности (например, где дросселируемый звуковой поток больше, чем величина впрыска газового топлива), а значения ниже линии указывают отрицательные разности (например, где дросселируемый звуковой поток меньше, чем величина впрыска газового топлива). Ось X представляет время, и время увеличивается с левой стороны по фиг. 7 к правой стороне по фиг. 7.

Так как способ зависит от определения массового расхода в форсунки, чтобы регулировать скорость впрыска при оптимизации использования CNG, в одном из вариантов осуществления, простое сравнение дросселируемого на звуковой скорости потока 706 с величиной впрыска газового топлива дает указание, того, должен ли впрыск CNG увеличиваться или уменьшаться. Например, на 710, количество впрыскиваемого газового топлива больше, чем дросселируемый звуковой поток 706, что представляет собой проблемы уже описанным образом, поскольку показание с датчика давления будет резко падать, когда это происходит. В ответ на высокую скорость впрыска для этих условий, контроллер 12 может уменьшать количество CNG, впрыскиваемого форсунками 81, где величина, на которую контроллер 12 уменьшает впрыск CNG дополнительно определяется из простого сравнения двух кривых на третьем графике. Согласно способу, величина, на которую уменьшается CNG, показанная на 712, едва превышает указанную разность. Хотя здесь и показано в качестве временного графика, контроллер 12 также может включать в себя команды для вычисления средней скорости впрыска CNG, которую он сравнивает с расходом дросселируемого на звуковой скорости потока через сужением при принудительном применении по существу минимальной средней скорости впрыска CNG. Например, в некоторых вариантах осуществления, средняя скорость впрыска CNG может указывать ссылкой на средний расход CNG за некоторое количество событий двигателя (может быть 720° угла поворота кривошипа), а не среднее значение по времени, поскольку впрыск топлива является дискретным процессом. В качестве еще одного примера, на 720, количество впрыскиваемого газового топлива меньше, чем дросселируемый звуковой поток 706, что указывает, что количество впрыскиваемого газового топлива не является по существу максимизирующим использование CNG по мере того, как он опустошает содержимое бака. Поэтому, скорость впрыска CNG может повышаться, чтобы увеличивать использование CNG и быстрее опустошать содержимое газового топливного бака. Например, система управления может быть запрограммирована увеличивать использование CNG до 85% дросселируемого на звуковой скорости потока 706, чтобы сохранять линию 720 ниже линии 706 для регулирования давления впрыска топлива, к тому же, наряду с приспосабливанием к изменчивости топливной системы. На основании этой разности, 722 показывает примерный верхний предел величины, на которую увеличивается впрыск CNG на основании сравнения двух уже описанных массовых расходов. Так как способ предназначен для поддержания скорости впрыска ниже максимального расхода звукового потока, имеющегося в распоряжении, если клапан 300 полностью открыт, в другом варианте осуществления, контроллер 12 может быть запрограммирован командами для сохранения потока газового топлива безопасно слева от линии 402 в противоположность работе на линии 402, что по существу максимизирует количество газового топлива, используемого в процессе. Таким образом, регулятор 86 давления может по существу не выводиться за максимум и не насыщаться, и таким образом, может успешно выполнять регулирование давления во время процесса управления топливоснабжением.

Пятый график сверху по фиг. 7 представляет давление в направляющей-распределителе/баке-хранилище для газового топлива в зависимости от времени. Ось Y представляет давление топлива в пределах газового топливного бака-хранилища, и давление топлива возрастает в направлении стрелки оси Y. Ось X представляет время, и время увеличивается с левой стороны по фиг. 7 к правой стороне по фиг. 7. Горизонтальная метка 704 представляет первое пороговое значение (например, 400 фунтов на квадратный дюйм), где содержимое газового топливного бака истощается до точки, где массовый расход из форсунок, как положено, превышает расход дросселируемого на звуковой скорости потока через сужение. По существу, в течение этого времени, контроллер 12 может регулировать поток CNG в двигатель, когда нагрузка на двигатель низка. Горизонтальная метка 708 представляет второе пороговое давление, где впрыск жидкого топлива приводится в действие, чтобы обеспечивать требуемое сгорание в двигателе. В одном из примеров горизонтальная метка 708 представляет давление газового топлива, где меньше, чем требуемое количество, газообразного топлива втекает в двигатель, нежели требуется для обеспечения требуемого уровня крутящего момента двигателя. Хотя впрыск жидкого топлива показан водимым в действие в более поздний момент времени по сравнении с тем, когда содержимое газового топливного бака падает ниже первой горизонтальной метки 704, в некоторых вариантах осуществления впрыск жидкого топлива может становиться введенным в действие по существу одновременно. Более того, контроллер может быть выполнен с возможностью подавать комбинацию жидкого и газового топлива (например, посредством совместного топливоснабжения) на основании нагрузки двигателя, чтобы обеспечивать требуемый уровень крутящего момента двигателя по существу все время. Давление газового топлива находится на давлении окружающей среды, когда давление газового топлива достигает оси X. С этого момента, газовый топливный бак может выводиться из работы до тех пор, пока бак не заполнен снова.

Что касается вертикальных меток, указывающих разные рабочие периоды, в момент T₀ времени, давление во впускном коллекторе двигателя является относительно низким, указывая низкую нагрузку двигателя. Величина впрыска жидкого топлива является по существу нулевой, и двигатель приводится в действие исключительно на газовом топливе, хотя, раньше по времени, двигатель мог эксплуатироваться на жидком топливе (например, во время запуска двигателя). Газовая топливная форсунка вводится в действие, и количество газового топлива, хранимого в газовом топливном баке находится на более высоком уровне.

Между моментом T₀ времени и моментом T₁ времени, давление во впускном коллекторе двигателя повышается, указывая, что двигатель работает на более высокой нагрузке двигателя. Количество газового топлива, впрыскиваемого во впускной коллектор двигателя или впускное отверстие цилиндра, возрастает по мере того, как давление во впускном коллекторе двигателя повышается, так чтобы мог выдаваться требуемый крутящий момент двигателя. Газовая топливная форсунка впрыска во впускной канал остается действующей, и давление в газовом топливном баке снижается по мере того, как газовое топливо потребляется двигателем.

В момент T₁ времени, подводимое питание двигателя превышает пороговое значение, например, как указано давлением во впускном коллекторе, которое достигает верхнего давления, где вводится в действие жидкостная топливная форсунка. Поэтому, когда мощность двигателя высока, жидкостная топливная форсунка может подавать по меньшей мере часть топлива, подаваемого в цилиндры, в комбинации с газовым топливом. Таким образом, количество впрыскиваемого жидкого топлива увеличивается между моментом T₁ времени и моментом T₂, чтобы повышать выходную мощность двигателя для удовлетворения требуемого крутящего момента двигателя. Однако, давление в газовом топливном баке продолжает понижаться по мере того, как газовое топливо потребляется.

В момент T₂ времени, давление во впускном коллекторе двигателя понижается до уровня, где жидкостная топливная форсунка выводится из работы. Газовая топливная форсунка остается действующей, и давление в газовом топливном баке продолжает снижаться по мере того, как потребляется газовое топливо.

Между моментом T₂ времени и моментом T₃ времени, давление во впускном коллекторе может повышаться и снижаться в зависимости от нагрузки двигателя. Например, нагрузка двигателя может повышаться или снижаться в ответ на требуемый водителем крутящий момент. Поэтому, газовая топливная форсунка остается действующей, в то время как газовое топливо впрыскивается в двигатель. Количество газового топлива, хранимого в газовом топливном баке-хранилище, продолжает уменьшаться по мере того, как газовое топливо потребляется двигателем.

В момент T₃ времени, давление газообразного топлива, хранимого в газовом топливном баке, снижается до уровня, меньшего чем заданное пороговое значение, указанное горизонтальной меткой 704. При давлении ниже порогового давления, указанного горизонтальной меткой 704, меньше, чем требуемое количество, топлива может вытекать из газового топливного бака-хранилища в двигатель. По существу, и уже описанным способом, величина впрыска CNG может регулироваться, чтобы по существу максимизировать использование CNG. Пороговое давление 704 может меняться для разных условий работы. Например, пороговое давление 704 может повышаться по мере того, как возрастает давление во впускном коллекторе двигателя. Газовая топливная форсунка впрыска во впускной канал или центрального впрыска остается действующей, и газовое топливо продолжает течь в двигатель в момент T₃ времени.

Между моментом T₃ времени и моментом T₄ времени, количество газового топлива, подаваемого в двигатель, дополняется впрыском жидкого топлива в двигатель. Таким образом, жидкостная топливная форсунка вводится в действие, когда давление газового топлива падает ниже горизонтальной метки 708, для подачи топлива в цилиндр двигателя. Таким образом, устойчивость сгорания и управление топливно-воздушным соотношением могут регулироваться до требуемых уровней. Дополнительно, по мере того как давление во впускном коллекторе возрастает с ростом нагрузки двигателя, меньшее количество газового топлива способно вводиться во впускной коллектор двигателя. Поэтому, количество жидкого топлива в качестве процентного содержания обоих видов топлива, поступающего в двигатель, повышается по мере того, как возрастает давление во впускном коллекторе. В то время как давление во впускном коллекторе снижается с нагрузкой двигателя, большее количество газового топлива может вводиться в двигатель, и по существу, снижается процентное содержание жидкого топлива, впрыскиваемого в двигатель. Датчик кислорода в системе выпуска двигателя может использоваться для коррекции количества жидкого топлива, так чтобы комбинированная смесь газового и жидкого топлива давала требуемую топливно-воздушную смесь, когда объединяется с воздухом, поступающим в цилиндры двигателя. Давление газового топлива, хранимого в газовом баке-хранилище, продолжает уменьшаться по мере того, как газовое топливо потребляется двигателем.

В момент T₄ времени, давление во впускном коллекторе двигателя повышается до уровня, большего чем давление окружающего воздуха, и значит, газовая топливная форсунка впрыска во впускной канал или центрального впрыска уменьшает величину потока газового топлива в двигатель наряду с тем, что она временно увеличивает количество подаваемого жидкого топлива. Согласно способу, когда газовое топливо сокращается, так что оно падает ниже рассчитанного расхода дросселируемого на звуковой скорости потока, контроллер 12 может увеличивать количество впрыскиваемого CNG, чтобы быстрее опустошать содержимое топливных форсунок. Однако, в некоторых вариантах осуществления газовая топливная форсунка также может выводиться из работы в течение этого периода времени, поскольку выведение из работы газовой топливной форсунки снижает вероятность поступления окружающего воздуха в газовый бак-хранилище, когда давление во впускном коллекторе является высоким. Таким образом, воздух может предохраняться от проникновения в бак-хранилище при более высоких давлениях во впускном коллекторе и более низких давлениях в баке-хранилище. Давление во впускном коллекторе может достигать давлений, более высоких, чем давление окружающей среды, когда компрессор повышает давление воздуха, поступающего в двигатель.

В момент T₄ времени, давление во впускном коллекторе двигателя снижается до уровня, меньшего, чем давление окружающей среды. Поскольку давление во впускном коллекторе находится ниже, чем давление окружающей среды, впускной коллектор двигателя может способствовать потоку газового топлива из бака-хранилища в двигатель, пока массовый расход из форсунок падает ниже массового расхода через сужение в форсунки. Таким образом, давление топлива в газовом баке-хранилище может снижаться с содействием, обеспечиваемым низким давлением во впускном коллекторе двигателя. Жидкостная топливная форсунка продолжает выдавать топливо в двигатель, в то время как количество газового топлива продолжает снижаться.

В момент T₅ времени, давление в газовом баке-хранилище снижается до давления окружающей среды, и газовая топливная форсунка выводится из работы, чтобы предохранять окружающий воздух от проникновения в газовый бак-хранилище. Кроме того, выведение из работы газовой топливной форсунки, когда давление в газовом топливном баке достигает давления окружающей среды, предотвращает формирование разрежения в газовом баке-хранилище, так что никакой поток не вызывается между атмосферой и газовым топливным баком. Жидкостная топливная форсунка выдает топливо в двигатель в одиночестве после момента T₅ времени, и количество жидкого топлива связано с нагрузкой двигателя, которая может отражаться на давлении во впускном коллекторе двигателя. В других примерах, газовый топливный бак может понижаться до заданного разрежения, если требуется. Таким образом, давление в газовом топливном баке может снижаться, так что по существу все топливо в газовом баке-хранилище может использоваться для выдачи энергии, чтобы приводить в действие двигатель. Кроме того, плавный переход работы между работой двигателя исключительно с использованием газового топлива на работу двигателя исключительно с использованием жидкого топлива, обеспечивается таким образом.

Преимущества описанных способов включают в себя точное управление впрыском газового топлива в двигатель, особенно когда содержимое бака-хранилища является низким. Тем самым, впрыскиваемый массовый расход может по существу максимизироваться для по существу минимизации времени опустошения топливного бака. Кроме того, посредством ограничения среднего массового расхода CNG из форсунок, чтобы был меньшим, чем массовый расход через сужение (или форсунки), и совместного топливоснабжения жидким топливом для по существу достижения требуемой работы двигателя - такой как требуемое регулирование топливно-воздушного соотношения или требуемое регулирование крутящего момента, может использоваться остаток газовой топливной системы.

В одном из примеров способ работы двигателя при опустошении газового топливного бака может содержать подведение газового топлива из бака к топливной форсунке через регулятор давления с сужением, и только в выбранных условиях низкого давления в баке (например, меньшего, чем пороговое значение), регулировку впрыска газового топлива из указанной топливной форсунки в двигатель для формирования массового расхода, меньшего, чем массовый расход дросселируемого на звуковой скорости потока указанного газового топлива через указанное сужение, и дополнительную регулировку впрыска жидкого топлива в двигатель, во время регулировки впрыска газового топлива, на основании настроенной величины газового впрыска и требуемого топливно-воздушного соотношения, чтобы поддерживать сгорание, чтобы колебалось около требуемого топливно-воздушного соотношения. Регулировка впрыска газового топлива может быть основана на поддержании массового расхода ниже звукового уровня на пороговую величину, чтобы сохранять впрыск газового топлива продолжающимся по мере того, как давление в топливном баке падает до относительно низких уровней, чтобы полнее опорожнять бак. В частности, по мере того, как давление в топливном баке падает, впрыск может регулироваться, чтобы соответствующим образом понижать расход через диафрагму пропорционально уровню звукового потока.

Как следует принимать во внимание рядовым специалистам в данной области техники, процедуры, описанные в материалах настоящего описания, могут представлять собой один или более из любого количество элементов управления регулировкой впрыска топлива. По существу, различные проиллюстрированные этапы или действия могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок управления не обязательно требуется для достижения целей, признаков и преимуществ, описанных в материалах настоящего описания, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Рядовой специалист в данной области техники будет осознавать, что один или более из проиллюстрированных этапов или действий могут выполняться неоднократно в зависимости от используемой конкретной стратегии и могут представлять управляющую программу, хранимую в памяти контроллера.

Это завершает описание. Прочтение его специалистами в данной области техники напомнило бы многие изменения и модификации, не выходя из сущности и объема описания. Например, рядные двигатели I3, I4, I5, V-образные двигатели V6, V8, V10 и V12, работающие на природном газе, бензине, дизельном топливе или альтернативных топливных конфигурациях, могли бы использовать настоящее описание для получения преимущества.

Изобретение может быть использовано в системах управления топливоподачей для двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложен способ регулировки впрыскиваемого количества газового топлива на основании расхода дросселируемого на звуковой скорости потока через сужение. Так как расход дросселируемого на звуковой скорости потока продолжает убывать по мере того, как снижается давление в баке, способ включает в себя вычисление расхода дросселируемого на звуковой скорости потока через сужение на основании системных переменных и принудительное применение расхода впрыска газа, чтобы он был меньшим, чем расход дросселируемого на звуковой скорости потока через сужение. Тем самым массовый расход в топливную форсунку может быть по существу максимизирован для по существу минимизации времени опустошения топливного бака, особенно когда содержимое газового бака-хранилища является низким. Также достигается повышение точности регулирования впрыска газа в двигатель. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

1. Способ управления двигателем при опустошении газового топливного бака, включающий в себя этапы, на которых:

подводят газовое топливо из бака к топливной форсунке через сужение и

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

2. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя этап, на котором посредством контроллера по существу максимизируют указанный массовый расход из указанной топливной форсунки для по существу минимизации времени опустошения топливного бака, при этом поддерживают в среднем указанный массовый расход из указанной топливной форсунки меньшим, чем указанный массовый расход дросселируемого на звуковой скорости потока указанного газового топлива через указанное сужение.

3. Способ по п. 1, в котором указанный массовый расход дросселируемого на звуковой скорости потока указанного газового топлива через указанное сужение определяют посредством контроллера по давлению в газовом топливном баке.

4. Способ по п. 1, в котором определение массового расхода дросселируемого на звуковой скорости потока указанного газового топлива через указанное сужение осуществляют посредством контроллера при протекании газового топлива через указанное сужение на по существу постоянной скорости, при этом массовый расход дросселируемого на звуковой скорости потока определяют в зависимости от давления в газовом топливном баке.

5. Способ по п. 1, в котором указанная топливная форсунка присоединена к впускному коллектору двигателя.

6. Способ по п. 1, в котором указанная топливная форсунка присоединена непосредственно к камере сгорания двигателя.

7. Способ по п. 1, в котором указанное сужение заключено в регуляторе давления топлива.

8. Способ по п. 7, дополнительно включающий в себя этап, на котором подводят указанное газовое топливо из бака вокруг указанного сужения и вокруг указанного регулятора при давлении в баке меньшем, чем заданное давление.

9. Способ управления двигателем при опустошении газового топливного бака, включающий в себя этапы, на которых:

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

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

впрыскивают жидкое топливо в двигатель через жидкостную топливную форсунку и

посредством контроллера управляют указанной газовой топливной форсункой и указанной жидкостной топливной форсункой для по существу достижения требуемой работы двигателя.

10. Способ по п. 9, в котором указанная требуемая работа двигателя является работой двигателя на требуемом топливно-воздушном соотношении.

11. Способ по п. 9, в котором указанная требуемая работа двигателя является работой двигателя для достижения требуемого крутящего момента.

12. Способ по п. 9, дополнительно включающий в себя этап, на котором посредством контроллера по существу максимизируют указанный массовый расход из указанной топливной форсунки для по существу минимизации времени опустошения топливного бака, при этом по существу поддерживают указанный массовый расход из указанной топливной форсунки меньшим, чем массовый расход дросселируемого на звуковой скорости потока указанного газового топлива через указанное сужение.

13. Способ по п. 9, в котором указанная газовая топливная форсунка присоединена к впускному коллектору двигателя для подачи газового топлива в указанный двигатель через впускной клапан двигателя.

14. Способ по п. 9, в котором указанная газовая топливная форсунка присоединена к камере сгорания двигателя для подачи газового топлива непосредственно в указанную камеру сгорания.

15. Способ по п. 9, в котором указанное сужение заключено в регуляторе давления топлива.

16. Способ по п. 15, дополнительно включающий в себя этап, на котором подводят указанное газовое топливо из бака вокруг указанного сужения и вокруг указанного регулятора при давлении в баке, меньшем, чем заданное давление.

17. Способ управления двигателем при опустошении газового топливного бака, включающий в себя этапы, на которых:

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

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

впрыскивают жидкое топливо в двигатель через жидкостную топливную форсунку и

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

18. Способ по п. 17, в котором указанная требуемая работа двигателя является работой двигателя на требуемом топливно-воздушном соотношении.

19. Способ по п. 17, в котором указанная требуемая работа двигателя является работой двигателя для достижения требуемого крутящего момента.

20. Способ по п. 17, в котором указанная требуемая работа двигателя является работой двигателя для достижения требуемой скорости вращения холостого хода.