ВЫСОКОТОЧНАЯ НЕПРИРЫВНАЯ ПОДАЧА ПАРОВ ТОПЛИВА ДЛЯ БОЛЬШИХ ДИНАМИЧЕСКИХ ДИАПАЗОНОВ МОЩНОСТИ

1. Устройство для точной регулировки потока газообразного топлива для двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием, создающее регулируемый поток на основе сигнала управления двигателем, который представляет мгновенный требуемый расход для потока подаваемого газообразного топлива, включает в себя
a) единый блок клапанов, определяющий впуск для потока топлива для приема потока подаваемого газообразного топлива в упомянутый единый блок клапанов, выпуск потока топлива для выпуска потока подаваемого топлива из упомянутого единого блока клапанов в двигатель внутреннего сгорания, и канал для непрерывного прохождения жидкости от упомянутого впуска для потока топлива до упомянутого выпуска потока топлива для обеспечения непрерывного потока газообразного топлива, подаваемого к двигателю внутреннего сгорания,
b) клапан, содержащий по меньшей мере первую ступень регулирования потока газообразного топлива и вторую ступень регулирования потока газообразного топлива в пределах упомянутого единого блока клапанов, при этом упомянутая первая ступень регулирования потока газообразного топлива определяет первую часть упомянутого канала для непрерывного прохождения жидкости, включающую в себя по меньшей мере первый проход клапана с переменным эффективным размером прохода (переменной эффективной площадью), а упомянутая вторая ступень регулирования потока газообразного топлива определяет вторую часть упомянутого канала для непрерывного прохождения жидкости, включающую в себя по меньшей мере второй проход клапана с переменным эффективным размером прохода (переменной эффективной площадью), причем упомянутая первая часть упомянутого канала для непрерывного прохождения жидкости располагается гидравлически после упомянутого впуска для потока топлива, но гидравлически перед упомянутой второй частью канала для непрерывного прохождения жидкости, а упомянутая вторая часть упомянутого канала для непрерывного прохождения жидкости располагается гидравлически после упомянутой первой части упомянутого канала для непрерывного прохождения жидкости, но гидравлически перед упомянутым выпуском потока топлива, а упомянутая первая ступень регулирования потока газообразного топлива включает в себя привод первой ступени, и упомянутая вторая ступень регулирования потока газообразного топлива включает в себя привод второй ступени,
c) средство управления приводом первой ступени, подсоединенное для управления упомянутым приводом первой ступени упомянутой первой ступени регулирования потока газообразного топлива,
d) средство управления приводом второй ступени, подсоединенное для управления упомянутым приводом второй ступени упомянутой второй ступени регулирования потока газообразного топлива, и
e) логический контроллер, связанный с упомянутым средством управления приводом первой ступени и упомянутым средством управления приводом второй ступени,
причем
f) упомянутый единый блок клапанов включает в себя упомянутую первую ступень регулирования потока газообразного топлива, упомянутую вторую ступень регулирования потока газообразного топлива и упомянутый логический контроллер,
g) упомянутый единый блок клапанов дополнительно определяет промежуточную часть упомянутого канала для непрерывного прохождения жидкости, при этом, упомянутая промежуточная часть находится между упомянутой первой частью и упомянутой второй частью упомянутого канала для непрерывного прохождения жидкости,
h) упомянутая первая ступень регулирования потока газообразного топлива включает в себя электронный регулятор давления, в котором упомянутое средство управления приводом первой ступени связано с упомянутым приводом первой ступени для регулирования давления потока подаваемого газообразного топлива, в упомянутой промежуточной части упомянутого канала для непрерывного прохождения текучей среды на основании по меньшей мере, частично, состояния, определенного после упомянутого первого прохода клапана с переменным эффективным размером прохода (переменной эффективной площадью), при этом упомянутая первая ступень регулирования потока газообразного топлива способна устанавливать абсолютное давление потока подачи газообразного топлива в упомянутой промежуточной части упомянутого канала для непрерывного прохождения жидкости, которое соответствует степени регулирования по меньшей мере 1,5:1 для упомянутой первой ступени регулирования потока газообразного топлива;
i) упомянутый привод второй ступени включает в себя быстродействующий привод, выполненный с возможностью изменения эффективной площади упомянутого второго прохода клапана с переменным эффективным размером прохода (переменной эффективной площадью) на основании по меньшей мере, частично, состояния, определенного после упомянутого второго прохода клапана с переменным эффективным размером прохода, при этом упомянутая вторая ступень регулирования потока газообразного топлива способна устанавливать регулируемый расход потока газообразного топлива, выпускаемого из второй ступени регулирования потока газообразного топлива, который соответствует степени регулирования по меньшей мере 4:1 для упомянутой второй ступени регулирования потока газообразного топлива,
j) упомянутый логический контроллер, имеющий сигнальный порт для приема сигнала управления двигателем, представляющего мгновенный требуемый расход для потока подачи газообразного топлива, и
k) упомянутый логический контроллер запрограммирован на взаимозависимую координацию работы упомянутой первой ступени регулирования потока и упомянутой второй ступени регулирования потока, изменяя приведение в действие как привода первой ступени, так и привода второй ступени и, тем самым, одновременно (i) достигая задросселированного потока через вышеупомянутую вторую ступень регулирования потока газообразного топлива и (ii) получая расход газообразного топлива из упомянутой второй ступени регулирования потока газообразного топлива, который соответствует мгновенно желаемому расходу газообразного топлива.
2. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее датчик-преобразователь состояния потока топлива, установленный совместно с упомянутой промежуточной частью упомянутого канала для непрерывного прохождения жидкости, при этом упомянутый датчик-преобразователь состояния потока топлива содержит датчик давления, гидравлически связанный с упомянутой промежуточной частью упомянутого канала для непрерывного прохождения жидкости для определения давления жидкости, протекающей через упомянутую промежуточную часть упомянутого канала для непрерывного прохождения жидкости.
3. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее датчик-преобразователь состояния потока топлива, установленный совместно с упомянутым каналом для непрерывного прохождения текучей среды, в котором упомянутый датчик-преобразователь состояния потока топлива содержит датчик температуры, установленный в упомянутом едином блоке клапанов, для определения температуры жидкости, протекающей через упомянутый канал для непрерывного прохождения текучей среды.
4. Устройство по п. 1, в котором
a) упомянутый быстродействующий привод присоединен для перемещения приводимого в действие элемента упомянутой второй ступени регулирования потока в диапазоне перемещения, который соответствует переменному диапазону упомянутой переменной эффективной площади,
b) упомянутый быстродействующий привод выполнен с возможностью перемещения упомянутого приводимого в движение элемента в упомянутом диапазоне перемещения в течение менее пятидесяти миллисекунд,
c) упомянутый логический контроллер запрограммирован на координацию упомянутого управления приводом второй ступени для его функционирования на основании состояния, определенного датчиком-преобразователем состояния текучей среды, установленным для определения состояния топлива, соответствующего потока газообразного топлива, протекающего через вышеупомянутую промежуточную часть упомянутого канала для непрерывного прохождения текучей среды между выпуском упомянутой первой ступени регулирования потока топлива до впуска упомянутой второй ступени регулирования потока топлива, причем упомянутая первая ступень регулирования включает в себя регулятор переменного давления,
d) упомянутая вторая ступень регулирования потока газообразного топлива включает в себя клапан задросселированного потока, и
е) упомянутый быстродействующий привод упомянутой второй ступени регулирования потока газообразного топлива включает в себя линейный электропривод.
5. Устройство по п. 1, в котором упомянутый быстродействующий привод работает с частотой 5 Гц или выше.
6. Устройство по п. 4, в котором упомянутый единый блок клапанов уплотнен с целью поддержания положительного манометрического давления 100 фунтов на квадратный дюйм или больше.
7. Устройство по п. 1, в котором упомянутый единый блок клапанов уплотнен с целью поддержания положительного манометрического давления 320 фунтов на квадратный дюйм или больше.
8. Устройство по п. 6, дополнительно содержащее датчик-преобразователь состояния потока топлива, установленный совместно с упомянутой промежуточной частью упомянутого канала для непрерывного прохождения текучей среды, в котором упомянутый датчик-преобразователь состояния потока топлива содержит датчик давления и датчик температуры, установленные в вышеупомянутом едином блоке клапанов, для определения давления и температуры текучей среды, протекающей между упомянутой первой ступенью регулирования и упомянутой второй ступенью регулирования.
9. Устройство по п. 8, в котором упомянутый приводимый в движение элемент соединен с датчиком положения клапана, который определяет положение упомянутого приводимого в движение элемента.
10. Устройство по п. 9, в котором вышеупомянутый логический контроллер запрограммирован на использование осевого положения упомянутого приводимого в действие элемента, как определено упомянутым датчиком положения клапана, для управления положением упомянутого центрального элемента клапана.
11. Устройство по п. 10, в котором упомянутый логический контроллер запрограммирован на управление частично на основании множества производных, в том числе
а) устанавливая требуемое давление для контура управления упомянутого органа регулирования потока газообразного топлива первой ступени путем выбора большего из:
i) определения требуемого давления для упомянутой промежуточной части упомянутого канала для непрерывного прохождения текучей среды на основании допущения, что задросселированного потока легко достичь в упомянутой второй ступени;
и
ii) увеличения требуемого давления, если данные показывают, что задросселированный поток вряд ли будет достигнут без повышения давления в упомянутой промежуточной части упомянутого канал для непрерывного прохождения текучей среды.
12. Устройство по п. 11, в котором упомянутая первая ступень регулирования адаптирована на регулирование давления текучей среды, поступающей в упомянутую вторую ступень регулирования потока, а регулирование потока второй ступени управляется для достижения задросселированного потока во второй ступени.
13. Устройство по п. 11, где контур обратной связи включает в себя сигнал обратной связи по давлению в конце потока.
14. Устройство по п. 12, дополнительно содержащее поверхность тела вращения для управления потоком, прикрепленную к упомянутому приводимому в действие элементу, при этом упомянутая поверхность тела вращения для управления потоком определяет упомянутый второй проход клапана с переменным эффективным размером прохода (переменной эффективной площадью) клапана между упомянутой поверхностью тела вращения для управления потоком и соосному с ней фиксированным отверстием в упомянутой второй части упомянутого канала для непрерывного прохождения текучей среды, а упомянутая поверхность тела вращения для управления потоком выполнена радиально выпуклой.
15. Устройство по п. 14, в котором упомянутая поверхность тела вращения для управления потоком дополнительно включает в себя механический ограничитель, содержащий множество механических упоров, прикрепленных к упомянутому приводимому в действие элементу, для механического ограничения рабочего перемещения упомянутой поверхности тела вращения для управления потоком в направлении к соосному с ней фиксированному отверстию, при этом первый из упомянутых механических упоров ограничивает рабочее перемещение к упомянутому отверстию, а второй из упомянутых механических упоров ограничивает рабочее передвижение от упомянутого отверстия.
16. Устройство по п. 15, в котором упомянутая поверхность тела вращения для управления потоком имеет ближний конец и дальний конец, и наконечник на дальнем конце, и где упомянутая радиально выпуклая форма отличается радиальной выпуклостью, при этом упомянутая радиальная выпуклость имеет диаметр приблизительно такого же размера или больше, чем наименьший диаметр упомянутого отверстия, и упомянутая радиальная выпуклость по оси ближе к упомянутому ближнему концу, чем к упомянутому дальнему концу, а диаметр упомянутой поверхности тела вращения для управления потоком постепенно увеличивается между упомянутым наконечником и упомянутой радиальной выпуклостью.
17. Устройство по п. 16, в котором упомянутое отверстие является отверстием без посадочной фаски.
18. Устройство по п. 16, в котором упомянутое отверстие имеет небольшое сужение на входе и небольшое расширение на выходе.
19. Логическая система управления приводом клапана устройства регулирования потока газообразного топлива по п. 16, включающая в себя процессор, выполненный с возможностью попеременного логического управления, причем упомянутое логическое управление одновременно и непрерывно определяет идеальные выходные параметры регулирования на основании измеренных состояний топлива и упомянутого расхода и как первого, так и второго взаимозависимых алгоритмов, при этом упомянутый первый алгоритм основывается на первом наборе допущений, а упомянутый второй алгоритм основывается на втором наборе допущений, потенциально противоречащих первому набору допущений, и упомянутое переменное логическое управление выполнено с возможностью интеллектуального выбора идеальных рабочих выходных параметров управления, определенных с помощью двух упомянутых алгоритмов управления для контроля мгновенного положения упомянутых первого и второго приводов.