知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
特許6232422大きなダイナミックパワーレンジのための非常に正確な連続的フローの気化された燃料サプライ
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6232422
(24)【登録日】2017年10月27日
(45)【発行日】2017年11月15日
(54)【発明の名称】大きなダイナミックパワーレンジのための非常に正確な連続的フローの気化された燃料サプライ
(51)【国際特許分類】
F02M 21/02 20060101AFI20171106BHJP
【ＦＩ】
F02M21/02 301A
【請求項の数】22
【全頁数】42
(21)【出願番号】特願2015-518561(P2015-518561)
(86)(22)【出願日】2013年6月19日
(65)【公表番号】特表2015-525322(P2015-525322A)
(43)【公表日】2015年9月3日
(86)【国際出願番号】US2013046624
(87)【国際公開番号】WO2013192331
(87)【国際公開日】20131227
【審査請求日】2016年5月24日
(31)【優先権主張番号】61/661,775
(32)【優先日】2012年6月19日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】61/808,910
(32)【優先日】2013年4月5日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】13/918,882
(32)【優先日】2013年6月14日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】517026069
【氏名又は名称】イーコントロールズ エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100083806
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和
(74)【代理人】
【識別番号】100095500
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 正和
(74)【代理人】
【識別番号】100111235
【弁理士】
【氏名又は名称】原 裕子
(72)【発明者】
【氏名】グロガン、 ジョセフ
(72)【発明者】
【氏名】ウォルサー、 マイケル ダブリュー．
(72)【発明者】
【氏名】ウォルサー、 ランダル ダブリュー．
(72)【発明者】
【氏名】コール、 クリストファー エム．
(72)【発明者】
【氏名】サンダース、 ジャスティン エイチ．
(72)【発明者】
【氏名】シャウス、 ケニス
(72)【発明者】
【氏名】グリエルモ、 ケノン
【審査官】
小林 勝広
(56)【参考文献】
【文献】
米国特許第０５８７３３５１（ＵＳ，Ａ）
【文献】
特開２００１−３０４０００（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｆ０２Ｂ ４３／００−４５／１０
Ｆ０２Ｄ １３／００−２８／００、４３／００−４５／００
Ｆ０２Ｍ ２１／００−２１／１２
Ｆ１６Ｋ ３９／００−５１／０２
Ｇ０５Ｄ １６／００−１６／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
スパーク点火式内燃機関のための正確な気体燃料フロー制御システムであって、前記正確な気体燃料フロー制御システムは気体燃料サプライフローのための瞬間的な望ましい流量を表すエンジン制御信号に基づいて制御されたフローを作成し、前記正確な気体燃料フロー制御システムは、
ａ．ユニタリーバルブブロックアッセンブリーであって、前記ユニタリーバルブブロックアッセンブリーへの気体燃料サプライフローを受け取るための燃料フロー入口と、内燃機関に向けて前記ユニタリーバルブブロックアッセンブリーから燃料サプライフローを吐出する燃料フロー出口と、内燃機関に向けて気体燃料サプライフローの連続的フローを許容するための前記燃料フロー入口と前記燃料フロー出口の間の連続的流体通路と、を規定するものと、
ｂ．前記ユニタリーバルブブロックアッセンブリー内の第１ステージ気体燃料フロー制御と第２ステージ気体燃料フロー制御を少なくとも含んだバルブであって、前記第１ステージ気体燃料フロー制御は、第１の可変実効バルブ開度を少なくとも含んだ前記連続的流体通路の第１の部分を規定し、前記第２ステージ気体燃料フロー制御は、第２の可変実効バルブ開度を少なくとも含んだ前記連続的流体通路の第２の部分を規定し、前記連続的流体通路の第１の部分は、前記燃料フロー入口の流体的に下流だが前記連続的流体通路の前記第２の部分の流体的に上流に位置しており、前記連続的流体通路の前記第２の部分は、前記連続的流体通路の前記第１の部分の流体的に下流だが前記燃料フロー出口の流体的に上流に位置しており、前記第１ステージ気体燃料フロー制御は、第１ステージアクチュエータを含み、前記第２ステージ気体燃料フロー制御は、第２ステージアクチュエータを含むものと、
ｃ．前記第１ステージ気体燃料フロー制御の第１ステージアクチュエータを制御するように動作的に接続された第１ステージアクチュエータ制御と、
ｄ．前記第２ステージ気体燃料フロー制御の第２ステージアクチュエータを制御するように動作的に接続された第２ステージアクチュエータ制御と、
ｅ．前記第１ステージアクチュエータ制御と前記第２ステージアクチュエータ制御に関連付けられたロジックコントローラと、を含み、
ｆ．前記ユニタリーバルブブロックアッセンブリーは、前記第１ステージ気体燃料フロー制御と、前記第２ステージ気体燃料フロー制御と、前記ロジックコントローラを含んでおり、
ｇ．前記ユニタリーバルブブロックアッセンブリーは更に、前記連続的流体通路のステージ間部分を規定し、前記ステージ間部分は前記連続的流体通路の前記第１の部分と前記第２の部分の間であり、
ｈ．前記第１ステージ気体燃料フロー制御は、前記第１の可変実効バルブ開度の下流で感知された状態に少なくとも部分的に基づいて前記連続的流体通路の前記ステージ間部分における気体燃料サプライフローの圧力を制御するように、それにより前記第１ステージアクチュエータ制御が前記第１ステージアクチュエータと動作的に関連付けられているところの電子圧力調整器を含み、前記第１ステージ気体燃料フロー制御は、前記第１ステージ気体燃料フロー制御のための第１のターンダウン比に対応する前記連続的液体通路の前記ステージ間部分における気体燃料サプライフローの絶対圧力を作成することが可能であり、
ｉ．前記第２ステージアクチュエータは、前記第２の可変実効バルブ開度の下流で感知された状態に少なくとも部分的に基づいて前記第２の可変実効バルブ開度の実効面積を変動するように動作可能な高速作動アクチュエータを含み、前記第２ステージ気体燃料フロー制御は、前記第２ステージ気体燃料フロー制御のための第２のターンダウン比に対応する前記第２ステージ気体燃料フロー制御から吐出された気体燃料フローの制御された流量を作成することが可能であり、
ｊ．前記第１のターンダウン比は、前記第２のターンダウン比と混ぜ合わされて、前記気体燃料フロー制御システムのための全体的なターンダウン比を達成し、
ｋ．前記ロジックコントローラは、気体燃料サプライフローのための瞬間的な望ましい流量を表しているエンジン制御信号を受け取るための信号ポートを有し、
ｌ．前記ロジックコントローラは、前記第１ステージアクチュエータと前記第２ステージアクチュエータの両方の稼働を変動することによって前記第１ステージフロー制御と前記第２ステージフロー制御の動作を相互依存的に協働させるようにプログラムされており、それにより同時に（ｉ）前記第２ステージ気体燃料フロー制御を通したチョークフローを達成し、（ｉｉ）気体燃料サプライフローのための瞬間的な望ましい流量に対応する前記第２ステージ気体燃料フロー制御からの気体燃料フローの流量を作成する、
正確な気体燃料フロー制御システム。
ａ．ユニタリーバルブブロックアッセンブリーであって、前記ユニタリーバルブブロックアッセンブリーへの気体燃料サプライフローを受け取るための燃料フロー入口と、内燃機関に向けて前記ユニタリーバルブブロックアッセンブリーから燃料サプライフローを吐出する燃料フロー出口と、内燃機関に向けて気体燃料サプライフローの連続的フローを許容するための前記燃料フロー入口と前記燃料フロー出口の間の連続的流体通路と、を規定するものと、
ｂ．前記ユニタリーバルブブロックアッセンブリー内の第１ステージ気体燃料フロー制御と第２ステージ気体燃料フロー制御を少なくとも含んだバルブであって、前記第１ステージ気体燃料フロー制御は、第１の可変実効バルブ開度を少なくとも含んだ前記連続的流体通路の第１の部分を規定し、前記第２ステージ気体燃料フロー制御は、第２の可変実効バルブ開度を少なくとも含んだ前記連続的流体通路の第２の部分を規定し、前記連続的流体通路の第１の部分は、前記燃料フロー入口の流体的に下流だが前記連続的流体通路の前記第２の部分の流体的に上流に位置しており、前記連続的流体通路の前記第２の部分は、前記連続的流体通路の前記第１の部分の流体的に下流だが前記燃料フロー出口の流体的に上流に位置しており、前記第１ステージ気体燃料フロー制御は、第１ステージアクチュエータを含み、前記第２ステージ気体燃料フロー制御は、第２ステージアクチュエータを含むものと、
ｃ．前記第１ステージ気体燃料フロー制御の第１ステージアクチュエータを制御するように動作的に接続された第１ステージアクチュエータ制御と、
ｄ．前記第２ステージ気体燃料フロー制御の第２ステージアクチュエータを制御するように動作的に接続された第２ステージアクチュエータ制御と、
ｅ．前記第１ステージアクチュエータ制御と前記第２ステージアクチュエータ制御に関連付けられたロジックコントローラと、を含み、
ｆ．前記ユニタリーバルブブロックアッセンブリーは、前記第１ステージ気体燃料フロー制御と、前記第２ステージ気体燃料フロー制御と、前記ロジックコントローラを含んでおり、
ｇ．前記ユニタリーバルブブロックアッセンブリーは更に、前記連続的流体通路のステージ間部分を規定し、前記ステージ間部分は前記連続的流体通路の前記第１の部分と前記第２の部分の間であり、
ｈ．前記第１ステージ気体燃料フロー制御は、前記第１の可変実効バルブ開度の下流で感知された状態に少なくとも部分的に基づいて前記連続的流体通路の前記ステージ間部分における気体燃料サプライフローの圧力を制御するように、それにより前記第１ステージアクチュエータ制御が前記第１ステージアクチュエータと動作的に関連付けられているところの電子圧力調整器を含み、前記第１ステージ気体燃料フロー制御は、前記第１ステージ気体燃料フロー制御のための第１のターンダウン比に対応する前記連続的液体通路の前記ステージ間部分における気体燃料サプライフローの絶対圧力を作成することが可能であり、
ｉ．前記第２ステージアクチュエータは、前記第２の可変実効バルブ開度の下流で感知された状態に少なくとも部分的に基づいて前記第２の可変実効バルブ開度の実効面積を変動するように動作可能な高速作動アクチュエータを含み、前記第２ステージ気体燃料フロー制御は、前記第２ステージ気体燃料フロー制御のための第２のターンダウン比に対応する前記第２ステージ気体燃料フロー制御から吐出された気体燃料フローの制御された流量を作成することが可能であり、
ｊ．前記第１のターンダウン比は、前記第２のターンダウン比と混ぜ合わされて、前記気体燃料フロー制御システムのための全体的なターンダウン比を達成し、
ｋ．前記ロジックコントローラは、気体燃料サプライフローのための瞬間的な望ましい流量を表しているエンジン制御信号を受け取るための信号ポートを有し、
ｌ．前記ロジックコントローラは、前記第１ステージアクチュエータと前記第２ステージアクチュエータの両方の稼働を変動することによって前記第１ステージフロー制御と前記第２ステージフロー制御の動作を相互依存的に協働させるようにプログラムされており、それにより同時に（ｉ）前記第２ステージ気体燃料フロー制御を通したチョークフローを達成し、（ｉｉ）気体燃料サプライフローのための瞬間的な望ましい流量に対応する前記第２ステージ気体燃料フロー制御からの気体燃料フローの流量を作成する、
正確な気体燃料フロー制御システム。
【請求項2】
前記連続的流体通路の前記ステージ間部分と関連付けられて配置された燃料フロー状態トランスデューサーであって、前記燃料フロー状態トランスデューサーは、前記連続的流体通路の前記ステージ間部分を通して流れる流体の圧力を感知するように前記連続的流体通路の前記ステージ間部分と連通する圧力センサーを含むものを更に含む、請求項１の正確な気体燃料フロー制御システム。
【請求項3】
前記連続的流体通路と関連付けられて配置された燃料フロー状態トランスデューサーであって、前記燃料フロー状態トランスデューサーは、前記連続的流体通路を通して流れる流体の温度を感知するように前記ユニタリーブロック中に配置された温度センサーを含むものを更に含む、請求項１の正確な気体燃料フロー制御システム。
【請求項4】
ａ．前記高速作動アクチュエータが、前記可変実効面積の可変範囲に対応する運動範囲を通して前記第２ステージフロー制御の稼働されたエレメントを動かすように接続されており、
ｂ．前記高速作動アクチュエータが、５０ミリ秒未満で前記運動範囲を通して前記稼働されたエレメントを動かすように動作可能であり、
ｃ．前記ロジックコントローラが、前記第１ステージ燃料フロー制御の出口と前記第２ステージ燃料フロー制御の入口の間の前記連続的流体通路の前記ステージ間部分を通して流れる気体燃料フローを表す燃料状態を感知するように配置された流体状態トランスデューサーによって感知された状態に基づいて動作するよう前記第２ステージアクチュエータ制御を協働させるようにプログラムされており、前記第１ステージ制御が、可変圧力調整器を含み、
ｄ．前記第２ステージ気体燃料フロー制御が、チョークフローバルブを含み、
ｅ．前記第２ステージ気体燃料フロー制御の前記高速作動アクチュエータが、ボイスコイルアクチュエータを含む、
請求項１の正確な気体燃料フロー制御システム。
ｂ．前記高速作動アクチュエータが、５０ミリ秒未満で前記運動範囲を通して前記稼働されたエレメントを動かすように動作可能であり、
ｃ．前記ロジックコントローラが、前記第１ステージ燃料フロー制御の出口と前記第２ステージ燃料フロー制御の入口の間の前記連続的流体通路の前記ステージ間部分を通して流れる気体燃料フローを表す燃料状態を感知するように配置された流体状態トランスデューサーによって感知された状態に基づいて動作するよう前記第２ステージアクチュエータ制御を協働させるようにプログラムされており、前記第１ステージ制御が、可変圧力調整器を含み、
ｄ．前記第２ステージ気体燃料フロー制御が、チョークフローバルブを含み、
ｅ．前記第２ステージ気体燃料フロー制御の前記高速作動アクチュエータが、ボイスコイルアクチュエータを含む、
請求項１の正確な気体燃料フロー制御システム。
【請求項5】
前記高速作動アクチュエータが、５ヘルツ以上で動作する、請求項１の正確な気体燃料フロー制御システム。
【請求項6】
前記バルブブロックアッセンブリーが、１００ｐｓｉｇ以上の正の圧力を内包するように密封されている、請求項４の正確な気体燃料フロー制御システム。
【請求項7】
前記バルブブロックアッセンブリーが、３２０ｐｓｉｇ以上の正の圧力を内包するように密封されている、請求項１の正確な気体燃料フロー制御システム。
【請求項8】
前記連続的流体通路の前記ステージ間部分と関連付けられて配置された燃料フロー状態トランスデューサーであって、前記燃料フロー状態トランスデューサーは、前記第１ステージ制御と前記第２ステージ制御の間を流れる流体の圧力と温度を感知するように前記ユニタリーブロック中に配置された圧力センサーと温度センサーを含むものを更に含む、請求項６の正確な気体燃料フロー制御システム。
【請求項9】
前記稼働されたエレメントが、前記稼働されたエレメントの位置を決定するバルブ位置センサーと関連付けられている、請求項８の正確な気体燃料フロー制御システム。
【請求項10】
前記ロジックコントローラが、前記中央バルブメンバーの位置を制御するために、前記バルブ位置センサーによって決定された通りの、前記稼働されたエレメントの軸方向位置を使うようにプログラムされている、請求項９の正確な気体燃料フロー制御システム。
【請求項11】
前記ロジックコントローラが、
ａ．前記第１ステージ気体燃料フロー制御の制御ループのためのターゲット圧力を、
ｉ．前記第２ステージにおいてチョークフローが容易に達成されるという仮定に基づいて前記連続的流体通路の前記ステージ間部分についてのターゲット圧力を決定することと、
ｉｉ．もし前記連続的流体通路の前記ステージ間部分において増加した圧力無しでチョークフローが達成されることはあり得ないとデータが示唆すれば、ターゲット圧力を増加することと、
のより大きい方を選択することによって、導出すること、
を含んだ、複数の導出に部分的に基づいて動作するようにプログラムされている、請求項１０の正確な気体燃料フロー制御システム。
ａ．前記第１ステージ気体燃料フロー制御の制御ループのためのターゲット圧力を、
ｉ．前記第２ステージにおいてチョークフローが容易に達成されるという仮定に基づいて前記連続的流体通路の前記ステージ間部分についてのターゲット圧力を決定することと、
ｉｉ．もし前記連続的流体通路の前記ステージ間部分において増加した圧力無しでチョークフローが達成されることはあり得ないとデータが示唆すれば、ターゲット圧力を増加することと、
のより大きい方を選択することによって、導出すること、
を含んだ、複数の導出に部分的に基づいて動作するようにプログラムされている、請求項１０の正確な気体燃料フロー制御システム。
【請求項12】
前記第１ステージ制御が、前記第２ステージフロー制御に入る流体の圧力を制御するように適応されており、前記第２ステージフロー制御が、前記第２ステージにおいてチョークフローを達成するように制御されている、請求項１１の正確な気体燃料フロー制御システム。
【請求項13】
前記制御ループが、下流圧力フィードバック信号を組み込む、請求項１１の正確な気体燃料フロー制御システム。
【請求項14】
前記稼働されたエレメントに固定された旋回的フロー制御表面を更に含み、前記旋回的フロー制御表面は、前記旋回的フロー制御表面と前記連続的流体通路の前記第２の部分における同心円状の固定されたオリフィスの間に前記第２の可変実効バルブ開口部を規定し、前記旋回的フロー制御表面は、放射状に膨らんだものである、請求項１２の正確な気体燃料フロー制御システム。
【請求項15】
前記旋回的フロー制御表面が、前記同心円状の固定されたオリフィスに対する前記旋回的フロー制御表面の動作的な動きを機械的に制限するための、前記稼働されたエレメントに固定された複数の機械的ストップを含んだ機械的ストップ構造を更に含み、前記機械的ストップの第１のものは、前記オリフィスに向かう動作的な運動を制限し、前記機械的ストップの第２のものは、前記オリフィスから離れる動作的な運動を制限する、請求項１４の正確な気体燃料フロー制御システム。
【請求項16】
前記旋回的フロー制御表面が、近位端と遠位端とその遠位端における先端部を有し、前記放射状に膨らんだ形状が、放射状の膨らみによって特徴付けられており、前記放射状の膨らみは、前記オリフィスの最も小さい直径と近似的に同じサイズかそれよりも大きい直径を有し、前記放射状の膨らみは、前記遠位端よりも前記近位端に軸方向でより近くにあり、前記旋回的フロー制御表面は、前記先端部と前記放射状の膨らみの間で直径が徐々に増加している、請求項１５の正確な気体燃料フロー制御システム。
【請求項17】
前記オリフィスが、正方形の面をもったオリフィスからなる、請求項１６の正確な気体燃料フロー制御システム。
【請求項18】
前記オリフィスが、スムースに収束する入口とスムースに発散する出口を有する、請求項１６の正確な気体燃料フロー制御システム。
【請求項19】
請求項１６の気体燃料フロー制御システムを制御するためのバルブアクチュエータ制御ロジックシステムであって、交番するロジック制御で適応されたプロセッサを含み、前記交番するロジック制御は、感知した燃料状態と、前記流量と、第１と第２のアルゴリズムの両方とに基づいて、理想的な出力制御パラメータを同時的かつ連続的に決定し、前記第１のアルゴリズムは、仮定の第１のセットに基づいており、前記第２のアルゴリズムは、前記仮定の第１のセットとは異なる仮定の第２のセットに基づいており、前記交番するロジック制御は、前記第１と第２のアクチュエータの両方の瞬間的な位置を制御するために、前記２つのアルゴリズムによって決定された理想的な動作的出力制御パラメータの内から理性的に選ぶように適応されているもの。
【請求項20】
前記全体的なターンダウン比が、６：１から２００：１の間である、請求項１の正確な気体燃料フロー制御システム。
【請求項21】
前記第１のターンダウン比が、１．５：１と４：１の間である、請求項１の正確な気体燃料フロー制御システム。
【請求項22】
前記第２のターンダウン比が、４：１と５０：１の間である、請求項１の正確な気体燃料フロー制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［先行出願への優先権の主張］この出願は、（ｉ）“Continuous Gaseous Fuel Supply with High Turndown Ratio”と題され、２０１２年６月１９日に出願された、米国仮出願シリアル番号61/661,775と（ｉｉ）“Continuous Gaseous Fuel Supply with High Turndown Ratio”と題され、２０１３年４月５日に出願された、米国仮出願シリアル番号61/808,910の出願日の恩恵を主張し、それらの開示全体が、ここで本開示中に引用によって組み込まれる。
【0002】
本発明は、主にスパーク点火された内燃機関についての連続的フローの気体燃料サプライのための制御バルブに関する。より特定には、それは、特に大きなダイナミックパワーレンジに渡る、スパーク点火された内燃機関についてのエンジン制御モジュール／ユニット（ＥＣＭ）の要求に応答して、瞬間的に正確な流量において気化された燃料を供給するための、連続的フローの燃料サプライバルブおよび関連するシステムに関係する。
【背景技術】
【0003】
１９８０年代におけるＥＣＭの発展は、連続的フローのスパーク点火された内燃機関の効率と性能を最適化し、排出物の懸念を最小化することの能力を著しく向上させた。数々のセンサーと入力を連続的に監視することによって、ＥＣＭは、あらゆる与えられた瞬間におけるエンジンのために必要な最も理想的な燃料流量を決定するように、性能状態に対して現行のオペレーターコマンドを釣り合わせることができる。
【0004】
理想的な流量を知ることとそれを配送することは、しかし、２つの非常に異なる事である。近代的なＥＣＭは、あらゆる与えられた瞬間における理想を知ることができるが、従来技術の燃料サプライは、それらの動作範囲全体に跨る需要について瞬間的にそれを一貫して配送することができない。利用可能な制御の最も優れたものは、１％の設定ポイント精度を提供することを主張するが、それは、それらが要求された流量の約１％以内の実際の燃料サプライ流量を配送することを主張する、ということを意味する。１％の設定ポイント精度で連続的フローの気体燃料流量を一貫して配送する能力は、極めて正確であり理想的であると考えられるが、その効果への主張は、お話の一部だけとなる傾向がある。
【0005】
従来技術では、極端な設定ポイント精度は、限られた動作範囲内だけで達せられる傾向があり、それは、主張された正確さは、特に大きなダイナミックパワーレンジを有するエンジンについては、一般的に信頼性がないことを意味する。（エンジンの「ダイナミックパワーレンジ」は、それに渡ってエンジンが指定された通りに動作する最大パワーと最小パワーの比であり、それは関連付けられた燃料サプライシステムの実効的なターンダウン比に大きく依存する。）例えば、その動作範囲の上端において２５グラム／秒を配送する燃料サプライについては、１パーセントは１／４グラム／秒（０．２５ｇ／ｓ）であろう。利用可能な最善のバルブの１つを１／４グラム／秒のエラーにカリブレートすることは、中位の流量については管理可能であることができるが、同じ燃料サプライがしばしば、その動作範囲の反対端において約１／４グラム／秒でアイドリングする必要もあり、同じ１／４グラム／秒のエラーはアイドリングに近い流量については途轍もなく不正確であろうことになる。正確な制御は時々、より低い流量では達成するのがより容易であると考えられるが、１／４グラム／秒のアイドリング流量における１％の設定ポイント精度は、精度が±０．００２５ｇ／ｓ以内となることを要求するであろう。よって、従来技術のガスフローバルブは、（しばしば２００ｋＰａにおける）それらの動作範囲全体の特定の部分において極めて正確な流量を配送することを主張するが、動作範囲の両端とその間の全てについて、特に現実世界での動作におけるそのような大きな範囲について、それほどまでを達成することは長い間成し遂げられていない。
【0006】
あまりに多くの現実世界の変数の複雑な相互作用は、連続的フローの燃料サプライについての一貫して高い、フルレンジの設定ポイント精度の追及を挫折させる。擦り切れ、漏洩、遅滞時間、グリッチ、詰まり、ノイズ、アーチファクトおよび一般の変動性は全て、現実世界では起こる傾向がある。外部温度と気体燃料組成における幅広い変動性は更にチャレンジを一層酷くする。
【0007】
しかも、もし燃料サプライの流量制御バルブ自体内で完璧が達成可能であったとしても、流量精度は、上流および下流の圧力変動によっても邪魔されることができる。気体燃料は圧縮可能であるので、燃焼またはバルブとピストンの動きに関係する下流イベントが、相当規模の流量変動を作り出す圧力波を引き起こすことができる。上流圧力変動は、特に気化された液体燃料（例えば、プロパン、ＬＮＧまたはＬＰＧ）の流量を制御する時に、等しく問題であることができる。
【0008】
気化された液体での制御の困難さは、大きくは動作の過程中のタンク圧力における劇的な変動によって生じる。例えば、ＬＮＧ燃料タンクが中程度に満杯である時、サプライ圧は一般に充分に管理可能であり続ける。しかし、瞬間的な蒸気圧能力の欠如のためにタンクが満杯である時、また液体燃料の量が時間に渡って気化されるにつれて、タンクが殆ど空に近い時に、制御チャレンジは増加する。気化された液体燃料を制御することは、もし気化がソースにおいて完全未満であれば、よりなお一層挑戦的である。熱交換器が詰まったことになる時に頻繁に起こるように、もしあらゆる残留液体相が気化器を通した通過の後に残っていれば、劇的な圧力スパイクが、流量制御バルブ内またはその他の位置において生じることができ、それは制御システムの最も信頼性のあるものを挫折させることができる。
【0009】
結果として、従来のガスフローバルブは、大きなダイナミックパワーレンジに渡って最適なパワーと排出を確かなものとするのに充分に細かい流量設定ポイント精度を一貫して達成しない。制御の最善のものでさえ、およそ１５：１より多くのあらゆるものかまたはもしかすると２０：１のダイナミックパワーレンジに跨って１％の流量設定ポイント精度を一貫して達成し連続して維持することは一般にはできない。そうでないことを示唆し得る主張にも拘わらず、大きなダイナミックパワーレンジのための殆どの既存のバルブは実際には、それらの指定された動作範囲の相当な部分に渡って「ボールパーク」精度（即ち、３％と１０％の設定ポイント精度の間）だけを一般的には有する。それらは、それらの動作範囲の或る容易な部分においてそれらの指定された精度を作り出すが、そのような精度は通常、その動作範囲の真ん中か上半分に限定されており、そうでなければ期待された理想化されたレベルには遥かに足りないものに入る全体的な燃料使用および排出レベルを提供する。
【0010】
よって、特にスパーク点火されたエンジンのための気化された天然ガス燃料システムの分野において、大きなダイナミックパワーレンジに跨って極めつけの精度でＥＣＭに要求された質量流量を一貫して瞬間的に配送することができる、お手頃な、連続的フローバルブについての必要が長い間あった。
【発明の概要】
【0011】
ここに開示された発明と実施形態の思慮深い使用が、特に従来技術の包括的な理解の文脈で考慮された以下の更なる記載に照らして想到された時に、上で参照したものおよび多くのその他の満たされていない困難、問題、障害、制限および挑戦を解決することが、当業者には明らかになるであろう。
【0012】
本発明は、スパーク点火された内燃機関のための高速に作動し非常に正確な気体燃料流量制御を可能とすることによってそこまで多くのことを達成する。我々の目的は、殆どの上流、下流および中流さえもの圧力変動にも拘わらず、大きなダイナミックパワーレンジに渡って極めつきの正確さを一貫して維持しながら、エンジンのＥＣＭからの瞬間的な要求信号に応答してそのようなフロー制御を可能とすることを含む。
【0013】
限定無しに、発明の殆どの表現は、一貫して非常に正確な流量設定ポイント精度のための気体燃料のチョークフローを達成するように動作可能なデュアルステージフローバルブに言及する。発明のその他の表現は、大きなダイナミックパワ−レンジに渡って動作するスパーク点火された内燃機関の瞬間的な必要に役に立つように、燃料サプライ内にそのようなバルブを一体化する。そのようなバルブの第１ステージは典型的には、電子圧力調整器（または等価物）を含み、第２ステージは、可変チョークフローバルブ（または等価物）を含み、これら２つのステージは、２つのステージにおいてまたはその周りで感知された流体状態に基づいてその制御を調節する車載のマイクロコントローラと共に、共通にブロックアッセンプリ−内に並んで配置される。流体状態センサーは、第１ステージと第２ステージの間の流体通路中にあるので「ステージ間」チェンバーと呼ばれることができる、チェンバー、スペース等と連通して最も良く配置される。更なる最適化のために、ブロック中のマイクロコントローラおよび関連する制御回路は、２つのステージの間のステージ間チェンバーと通信しているトランスデューサーを含む単一のプリント回路基板上に具現される。マイクロコントローラは、本質的にエンジンのＥＣＭへのパワーおよびデータ接続以外のいかなる外部通信も無しで、ＣＦＶの両ステージの制御を相互依存的に協働させる。
【0014】
図面に描かれた主要な実施形態では、第１ステージは４：１のターンダウン比を有し、第２ステージは５０：１のターンダウン比を有し、２００：１のＣＦＶ燃料システムのための機能するパワーレンジに結果としてなる。代替的な実施形態（第１ステージが１．５：１で代替され、第２ステージが４：１で代替される）の範囲内でその他のより好ましくはないターンダウン比が達成されても良いが、好ましい代替的な実施形態は、両端においておよび動作の範囲を通して非常に正確な流量制御（と従ってパワーおよび排出制御）を保持しながら、即ち一貫して約１％以下の目標とされた流量からのずれである実際の流量を達成しながら、少なくとも５０：１の全体的なターンダウン比を達成する。
【0015】
本発明のそれらおよびその他の側面はまた、最適化された効率と排出制御から、手頃さ、信頼性、持続性、汎用性、製造と使用と保守の容易さまでの範囲にある数々の二次的な恩恵を可能とする。
【0016】
可能な実施形態は、改善されたマシーン、内燃機関、気体燃料制御システム等の数々の異なる組み合わせと数々の異なる種類において顕在化できる。その他の可能な実施形態は、そのようなマシーン、エンジン、システム等を動作させて最適化するための方法や、方法のその他の種類において、顕在化する。発明の様々な多面的な側面と、それらの側面の様々な組み合わせ、代入および変形の全ては、正しい見方で考えられれば、それぞれ個別的に発明として想到されても良い。
【0017】
本発明の結果として得られる組み合わせは、より汎用で信頼性があるだけでなく、それらがまた、そのような単純なシステムでかつて達成されていたよりも大きなダイナミックパワーレンジに渡る素早く変化する状態にも拘わらずより大きな精度を達成することも可能である。様々な実施形態は、信頼性、製造可能性、コスト、効率、使用の容易さ、修理の容易さ、適応可能性の容易さ等を最適化することによるのを含んで、関連する技術を向上する。以下で言及される実施形態は、網羅的なリストには到底及ばないものしか提供しないが、この明細書は、発明の基本的な要素の多くを達成すると考えられる選択された実施形態を記載する。
【0018】
本発明の教示内容の多くに従って、デュアルステージ制御バルブは、数々の応用のパワー要求に容易に適応可能であり、内燃機関において非常に大きなダイナミックパワーレンジに跨って燃料流量を制御するための極めて正確な設定ポイント精度を達成することが容易に可能である形で提供される。そのような流量制御バルブおよび関連する燃料システムは、従来の概念と従来技術のデザインから実質的に逸脱し、そうすることで、単独またはそのあらゆる自明な組み合わせにおける従来技術のいずれかによって、先行される、自明とされる、示唆される、または意味されていることさえも無い、多くの有利で新規な特徴を提供する。
【0019】
全てを包含するようになるに、本発明の多くのその他の側面、目的、特徴および利点が、全て特許可能な程度にまで、従来技術に照らした以下の記載と付随する図面の思慮深く包括的な精査から当業者には明らかになるであろう。従って、そのような側面、目的、特徴および利点も本発明の範囲と精神内であることが意図されている。但し、発明の精神と範囲内の様々な拡張、変更および変形が、この詳細な記載から当業者には明らかとなるであろうことから、詳細な記載と特定の例は、発明の好ましい実施形態を指し示す一方、描写だけのために与えられていることが理解されるべきである。
【0020】
事実、本発明は最終的には、この明細書またはこの明細書に優先権を主張する明細書に添付され得る１つ以上の特許請求項または請求項のグループに対して、それらの請求項が時間と共に補正、分割、洗練、改訂、置換、補足等がされ得るので、規定されるであろう。発明の対応する範囲はそれらの請求項に依存はするが、これらの記載は方便として「発明」または「本発明」への言及を時にはするものの、その特定の範囲はこの記述の時点で既に完全に理解されている。事実、複数の独立した区別された発明が、この明細書に基づいて適正に請求され得るので、「発明」への言及は、対応する特許請求項の最終的な形によって規定される何らかのものへの浮動的な言及である。従って、これらの記載が最終的な特許請求項によって別々に要求されていない発明の側面に言及するという範囲において、そのような言及は発明のその変形を限定しているかまたは記載しているものとして見られるべきではない。
【0021】
発明は、従って、以下の記載に説明されるか図面に描かれる構築の詳細とコンポーネンツの配置に、その応用において限定はされない。代わりに、図面は描写的であるだけであり、描かれたかまたは記載されたいかなる特定のもの、特にあらゆる「好ましい」と言及されたもの、において変更がなされ得る。そのような変更は、依然として発明の精神内でありながら実装されることができる。また、ここに採用された表現および用語は、記載の目的のためであり、限定的と見なされるべきではないことが理解されるべきである。発明と実施形態とそれらの機能を記載するその他の用語および言語は、発明の精神内であるとして考えられる。
【0022】
発明は、多くのその他の実施形態と、数々のその他のやり方で実施され実行されることが可能である。多くのその他の代替的な実施形態は示されるか言及されることがないが、依然として発明の精神内に包含され、この出願または将来この出願に優先権を主張し得るあらゆるその他の特許出願において元々のものであるか追加または補正されたものであり得る請求項の範囲によってのみ限定される。
【0023】
本発明の様々な特徴と利点が、ここで或る好ましいおよび代替的な実施形態の図面を参照して記載され、それは発明を描写するが限定はしないことが意図され、そこでは同様の参照番号が同様の要素を参照し得る。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】図１は、本発明の様々な教示内容に従って、内燃機関２７０と動作的に一体化されてそのエンジン２７０への気体燃料サプライの非常に正確な制御を提供する、デュアルステージ連続的フローバルブ（ＣＦＶ）１０をもった気体燃料サプライシステムの好ましい実施形態を描いたブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下の例は、実際に発明を実行するための好ましい実施形態と、或る好ましい代替的な実施形態を、それらがこの記述の時点で特に啓蒙的であると思われる程度まで、描写するために記載される。好ましいおよび代替的な実施形態のこれらの様々な記載を理解する過程において、当業者は、発明だけではなく、発明とその実施形態を作って使うための様々なやり方のいくつかも、のより大きな理解を得ることができるであろう。
【0026】
語法の慣例これらの記載の目的のために、そうでなければ明細書中かまたは請求項のいずれか中で特定の文脈において明白にされる範囲までを例外として、いくつかの語法の簡略化が普遍的であると理解されるべきである。発明にとって基本的であり得る記載を理解する目的のために、「または」という語の使用は、代替形だけに言及することが明示的に指し示されることがない限り、あるいは代替形が生来的に互いに排他的であることがない限り、「および／または」を意味すると仮定されるべきである。値を参照する時に、「およそ」という語が、近似値を指し示すのに使われても良く、一般には開示されたあらゆる特定の実施形態についてのエラーの標準偏差を含むものか、またはそのような値を決定するかまたは達成するために一般的に使われるものである。しばしば“ａ”か“ａｎ”のような冠詞をもって導入される１つの要素への参照は、そうでないと明確に指し示されることがない限り、１つ以上を意味し得る。そのような「１つ以上」の意味は、「有する」、「からなる」または「含む」のようなオープンエンドな語との関係で参照がなされる時に、最も特に意図されている。同様に、「別の」は、少なくとも第２以上」を意味し得る。その他の語または表現は、ここにおいてかまたは付随する背景または概要の記載において定義された意味を有していても良く、それらの定義された意味は、文脈がそうでないと示唆することがない限り、適用されると仮定されるべきである。
【0027】
これらの記載は時に、記載された代替形は依然として単なる選択された例であって、この記述の時点で知られていても良い可能な代替形の網羅的な同定を表すことを意味しないが、発明がいかなる特定の実施形態にも制約されないことを強化するために、様々な可能な代替形への観点を指摘し提供する。記載は時に、或る代替形についての好みのレベルを、「最も」または「より」好ましい等としてランク付けさえし得るが、そのようなランク付けされた観点は、最終的に請求された通り発明が反芻の余地無くそこまでのものを要求することがない限り、殆ど僅かな重要性を与えられるべきである。事実、発明全体の文脈では、我々の最終的な特許請求項が、それらの最終的な特許請求項の特定の要素の多くが米国の均等論またはその他の比較し得る法的原則の下で侵害のために要求されなくても良いことを認識して、更なる同等物のいかなる可能性も無しに、反芻の余地無く対応する制限を要求することがない限り、好ましい実施形態と参照された代替形のどちらもが限定的とは見られるべきではない。これを述べた上で、発明は請求された主題の全ての可能な同等物をカバーすると仮定されるべきであるが、手続中の明示的な棄権かまたは従来技術に照らして特定の請求項の有効性を保全するために要求された限定によって指し示されるであろうように、１つ以上の特定の請求項が全ての記載された代替形をカバーしていなくても良いということも、それにも拘わらず認識されるべきである。
【0028】
記述の日付までに、これらの例によって特徴付けられた構造的および機能的組み合わせは、発明を実施するのに有効な好ましいモードを表すと考えられている。但し、本開示に照らして、当業者は、これらの記載におけるいかなる隙間、誤った記述または簡略化を埋める、直す、またはそうでなければ理解することができるべきである。
【0029】
記述的な参照のために、我々は、燃料流量設定ポイント精度を、もしそれが一貫してその動作範囲全体に跨って要求された流量の５％以内であれば、「全体的に正確」であるというカテゴリーに入れる。一貫して範囲全体に跨って要求された流量の３％以内である時、設定ポイント精度は、「非常に正確」というカテゴリーに入れることができる。極端には、設定ポイント精度が一貫して動作範囲全体に跨って要求された流量のおよそ１％以内であれば、それは「極めて正確」というカテゴリーに入れることができる。
【0030】
当業者によってそうではないと理解されていない範囲において、動作範囲に関して、「大きい」は、１２：１より大きいダイナミックパワーレンジに対応することを意味する。「非常に大きい」は、およそ５０：１かそれより大きいダイナミックパワーレンジに対応することを意味し、「極めて大きい」は、１００：１かそれより大きいダイナミックパワーレンジに対応する。
【0031】
あらゆるバルブまたはバルブアクチュエータに関して、「高速に作動する」は、当業者によって一般に理解されている用語であり、それが殆どのバルブまたはバルブアクチュエータよりも相当により速くかまたはより素早く、作動するかまたは応答するように設計されていることを一般に意味することが仮定されるべきである。手続中に明示的に棄権された範囲においてかまたは従来技術に照らして特定の請求項の有効性を保全するために必要な範囲において、より限定的な定義が表現に適用されても良い。仮定されたより広い意味にも拘わらず、これらの記載において参照される高速作動アクチュエータは、好ましくはその運動の範囲を通して１秒当り１０回よりも多く（即ち、５Ｈｚより多くで）稼動されたバルブエレメントを動かすように動作可能である。別の観点からは、これらの記載において参照される高速作動アクチュエータは好ましくは、もしその動作可能な範囲の全てではなくても、その動作可能な運動の範囲（特にストロークの２０％から８０％）の殆どを通して、５０ミリ秒以下で稼動されたバルブエレメントを動かすように動作可能である。別の観点からは、これらの記載において参照される高速作動アクチュエータは、好ましくは３ｄＢ未満の減衰で１０Ｈｚ帯域幅においてかそれよりも速いものにおいて動作する。理想的な応答性のためには、最も好ましい実施形態は、特徴的に５Ｈｚよりも遥かに速く動作するボイスコイルアクチュエータを使うが、多くのその他のタイプのアクチュエータも、特に特定の高速作動特性を要求するように特定の請求項の要素が明示的に棄権されていない範囲において、依然として代替物として好適である可能性が高い。
【0032】
燃料に関しては、「流体」という用語が液体かガスのどちらかを意味するのにここで使われるが、液体燃料の実施形態は好ましくはフローが中央ＣＦＶ１０に達する前に燃料の液体相を気化するように適応される。連続的フローの燃料流量制御の文脈では、「連続的流体通路」は、チューブ、チャネル、チェンバー、バッフル、マニフォールド、または燃料流量を制御するその正常な動作的モードの間に完全に閉じたバルブ、ピストン、容量式ポンプ等によって遮断されていないあらゆるその他の流体通過路を通して規定されるかどうかに拘わらず、あらゆる種類の流体通過路を指し、そのようなフローを引き起こすために圧力勾配が存在する時にはいつでも、気体流体が一般に連続的流体通路を通して連続的に流れることができるようになっている。但し、この文脈における連続的フロー通路は、この文脈において通路が依然として連続的流体通路として考えられるであろう一方で、開口部の実効面積をゼロに削減することによってゼロ流量に調整されることができることが、認識されるべきである。加えて、そうではないという明確な棄権が不在であれば、同等の構造が流量を制御するように動作していない時には完全に閉じられることができ、同等の構造が並行なかまたは交番の通過路を有していても良く、そこでは全体のフローを停止することなく１つ以上が中断されていても良い。
【0033】
図１−ブロック図図１の描写的なブロック図では、燃料フローの３つの主要なセグメントが好ましい実施形態のために描かれている：（１）左に描かれた上流気体燃料サプライ３５０；（２）真ん中で破線ボックス内に描かれたデュアルステージ連続的フローバルブ（ＣＦＶ）１０；（３）右のより小さな破線ボックス中に描かれたエンジン２７０。３つのセグメント３５０、１０および２７０は、本発明の様々な教示内容に従って、燃料サプライ３５０がエンジン２７０のための基本的な気体燃料サプライとしての役目を果たし、ＣＦＶ１０がその燃料サプライ３５０からエンジン２７０への気体燃料流量の正確な制御を提供する役目を果たして、あらゆる数のエンジン応用のためにロータリーシャフトパワーを提供するように動作的に接続されている。
【0034】
エンジン２７０エンジン２７０は、気体燃料をその主要エネルギーソースとして使うタイプで、最も好ましくは天然ガス（ＮＧ）または気化プロパン（ＬＰＧ）をその燃料として使うタイプの、スパーク点火された内燃機関２７０である。従来のように、エンジン２７０は、エンジン制御モジュール（ＥＣＭ）１００または等価物を有し、それはエンジン２７０とその周辺システムの様々なパーツの動作状態を連続的に監視する。そのようなエンジン２７０は、代替的な実施形態においてあらゆる数の駆動応用に動作的に組み込まれても良く、それらのいくつかはバス、トラック、フォークリフト、トラクター、船、およびその他の車両または携帯パワーシステムと、スパーク点火された気体燃料の内燃機関によって駆動されるための技術分野において今かまたは将来において知られていても良い多くのその他の応用への組み込みを含む。
【0035】
エンジン２７０のＥＣＭ１００は、技術分野において知られている他のものの中でも、そのエア取り扱いシステム（それは好ましくはターボチャージャーとインタークーラーを含む）、そのスロットル２４０、その点火システム、その燃焼チェンバー２８０、その冷媒システム、その油圧、およびその排気システムのような、エンジン２７０の数々のサブシステムにおいてかその周りでの圧力、温度および動作状態を監視するように、データ通信ライン２８１−２８２かまたはその他の従来の手段を介して接続されている。代替的な実施形態は、ＥＣＭ１００とエンジン２７０の様々なサブシステムの間のデータ接続のいくつかまたは全てについて無線接続を使っても良いが、ＥＣＭ１００の好ましい実施形態は、ワイヤハーネスかまたはその他の形の通信ライン１０１、２８１、２８２、２８２ａ、２８２ｂ、３７１および３８１を通してアナログまたはデジタル信号を送り受け取るように接続されている。様々なコンポーネンツの間の直接的な様々な点線の通信リンクによって図１では表されているが、通信ライン１０１、２８１、２８２、２８２ａ、２８２ｂ、３７１および３８１は、好ましくはコントローラエリアネットワーク（「ＣＡＮ」）ネットワークのような従来のデータネットワークの形で具現される。
【0036】
当業者によって理解されるであろうように、ＥＣＭ１００は、現行のユーザ要求と比較してのエンジン２７０の現行の動作状態に基づいて、時間におけるあらゆる与えられた瞬間における望ましい燃料流量（「
【0037】
【数1】
【0038】
」または「ｍｄｏｔ」）１０５を決定するために、部分的には、動作するようにプログラムされている。望ましい
【0039】
【数2】
【0040】
がＥＣＭ１００によって決定されるにつれて、ＥＣＭは、エンジン２７０についての現行の
【0041】
【数3】
【0042】
流量要求を表す対応する
【0043】
【数4】
【0044】
データ信号１０５を作成する。本発明の教示内容を踏まえて、エンジン２７０の好ましい実施形態はまたＣＦＶ１０を組み込み、それは（図２−４Ａに示され、図４Ｂの実施形態では９１’−９３’として番号を振られた）エンジンマウント９１−９４とその他の流体的および電気的接続を使って従来のやり方でエンジン２７０と動作的に接続されている。所望の「ｍｄｏｔ」流量がＥＣＭ１００によって決定されるにつれて、対応する「ｍｄｏｔ」データ信号１０５がＣＦＶ１０のマイクロコントローラ３２０への通信リンク１０１によって伝達され、ＣＦＶ１０が、ＣＦＶ出口７０からそれだけの分を瞬間的かつ正確に配送するように動作的な役目を果たす。
【0045】
ＣＦＶ１０によるフロー制御の後、ＣＦＶ出口７０からの気体燃料の制御されたフローはエンジン２７０に向けられて、そこでそれは好ましくはミキサー２６１においてエア２６０と混合されて、燃焼可能な燃料エアミックス２５０を作成する。燃料エアミキサー２６１は、好ましくはヴェンチュリ状のミキサーまたは燃料フロー中で動くパーツを使わない別のタイプであり、それにより燃焼チェンバー２８０に実際に配送されたフロー状態の持続可能性と燃料エア混合気の均質性を最大化する。最も好ましくは、燃料エアミキサー２６１は、ＣＦＶ１０によって提供された正確な
【0046】
【数5】
【0047】
流量制御の恩恵を保持するのを助けるために、燃料リングを含む形のものである。
【0048】
燃料エアミキサー２６１中に向けられている吸気エア２６０は、性能の妥協を伴ってだが、圧力補償器有りまたは無しで、代替的実施形態においては大気から引き出されていても良い。より好ましい実施形態では、しかし、好ましくは関連付けられたインタークーラーと一緒に、ターボチャージャーシステムからのエア２６０のフローを使う。エア２６０のフローは、スロットル２４０によって制御され、それは好ましくはＣＦＶ１０によって提供された正確な流量制御の保持を更に容易にする電子スロットルである。
【0049】
一旦適正な燃料エア混合気２５０が燃料エアミキサー２６１によって提供されると、その混合気２５０はそれから、ＥＣＭ１００からのバルブ制御の下でエンジン２７０の燃焼チェンバー２８０中に動作的に導入される。燃焼チェンバー２８０内で、エア燃料混合気２５０はそれから、作動燃焼を引き起こすように動作的にスパーク点火される。
【0050】
マルチステージＣＦＶ１０点線１１によって描かれた通信リンクを介してエンジン２７０のＥＣＭ１００にリンクされて、デュアルステージＣＦＶ１０は、エンジン２７０への連続的フローの燃料サプライの制御された配送のために、
【0051】
【数6】
【0052】
流量信号１０５に応答してその出口７０における実際の
【0053】
【数7】
【0054】
燃料流量の素早くかつ極めて正確な制御を提供するように適応されている。その性質によって、ＣＦＶ１０は、主要燃料サプライ３５０（図１の左の）から内燃機関２７０（図１の右の）への気体燃料フローを制御するのに使われる。従って、ＣＦＶ１０は、燃料サプライ３５０の下流でエンジン２７０の上流に動作的に配置され、ＣＦＶ１０が燃料サプライ３５０とエンジン２７０の中間にあって、それがエンジン２７０の動作中に流体的に連続した燃料サプライシステムの一部となるように配管されて密封されるようになっている。
【0055】
追加の背景として、連続的フローシステムにおける多くの燃料フロー制御バルブは、活性的な動作を通して全体的に開いたまま残る連続的流体通路を使う一方、制御バルブが、そこを通した
【0056】
【数8】
【0057】
流量を成し遂げるようにその通路内の可変開口部の実効サイズを制御する。実際のフロー速度もまた実際にはオリフィスサイズと共に変動するが、異なる
【0058】
【数9】
【0059】
流量が、同じフロー速度について異なるバルブによって理論的には達成されることができる。そのようなバルブのためのアクチュエータは、可変開口部の実効サイズを制御する。その実効サイズがあらゆる下流の制約に対して充分に小さい時には、開口部を通した燃料フローの速度は音速または超音速になり、それは「チョークフロー」と呼ばれる。
【0060】
本発明の好ましい実施形態はまた、それを通した
【0061】
【数10】
【0062】
流量を制御するために少なくとも１つの開口部１３６のサイズを制御するが、現在好ましい実施形態はマルチステージアプローチからそれをし、そこでは少なくとも２つのステージ２０、３０が、ユニタリーブロックアッセンブリー９０内で結合され、共通に含まれたマイクロコントローラ３２０によって相互依存的に協働されられる。複数のステージ２０、３０は好ましくは、瞬間的な
【0063】
【数11】
【0064】
流量要求１０５に正確にかつ連続的に合う実際の
【0065】
【数12】
【0066】
流量において開口部１３６を通してチョークフローを一貫して達成するマルチステージＣＦＶ１０を提供するように、マイクロコントローラ３２０によって協働されられる。大きなダイナミックパワーレンジに渡って動作しているエンジン２７０についての性能を可能とするには、車載マイクロコントローラ３２０を有するプリント回路基板（ＰＣＢ）４０と共に燃料制御通路が共通のブロックアッセンブリー９０内に密封されるように、ＣＦＶ１０の複数のステージ２０、３０は好ましくは並んで配置される。マイクロコントローラ３２０も同じユニタリーブロックアッセンブリー９０内に含まれているので、マイクロコントローラ３２０は従って「ブロック内」マイクロコントローラ３２０と呼ばれる。ＣＦＶ１０はよって、ユニタリーブロックアッセンブリー９０内で動作的に接続されている、少なくとも３つの基本的なサブアッセンブリー２０、３０および４０を含む。
【0067】
ブロック内マイクロコントローラ３２０によって協働させられた素早くかつ正確な制御のおかげで、ＣＦＶ１０は、その意図された動作の過程において望ましい
【0068】
【数13】
【0069】
流量１０５を瞬間的に達成するように装備されて制御される。Ｐ３入力信号５２０のようなその他のデータ入力も好ましい実施形態では使われるが、ＣＦＶ１０の多くの実施形態は望ましい
【0070】
【数14】
【0071】
流量を表す電子データ信号１０５以外のいかなる外部データ入力も無しで、素早くかつ正確な流量制御を達成することができ、それはＥＣＭ１００からのデータ信号１０５としてプリント回路基板（ＰＣＢ）４０のＣＦＶマイクロコントローラ３２０によっておそらく常に受け取られるであろう。
【0072】
実際には、好ましいデュアルステージバージョンのＣＦＶ１０は、図１に描かれたブロックコンポーネンツによって表される。その第１ステージ２０は好ましくは、圧力バランスされた電子圧力調整器であり、第２ステージ３０中に流れるステージ間圧力Ｐ２を制御して調整するように、それは第２ステージ３０の上流に置かれる。第１ステージ２０から、燃料フローはそれから第２ステージ３０に向けられ、それは好ましくは固定されたオリフィス１３５を通してチョークフローを制御する高速作動バルブ１２５を含み、結果として得られる極めて正確なチョーク燃料フローはそれから、燃焼のためにＣＦＶ出口７０からエンジン２７０に配送される。他のところで記載されるように、正確なチョークフローは、第２ステージ３０内のオリフィス１３５における開口部１３６の実効サイズを制御することによって達成される一方、第２ステージの動作は、好ましくは極めて正確なレベルまで、フルレンジの流量設定ポイント精度を最適化するように、第１ステージ２０の電子圧力調整器とブロック内マイクロコントローラ３２０によって相互依存的に協働させられる。
【0073】
上流燃料サプライ３５０図１に描かれたように、燃料サプライ３５０は好ましくは、機械的圧力調整器３７０およびシャットオフゲートバルブ３８０のようなその他の従来のコンポーネンツと共に、流体燃料のためのソースとしての役目を果たす燃料タンク３６０を含む。バルブ３８０は、好ましくはＥＣＭ１００によって制御されるが、代替的な実施形態では独立した制御が利用されても良い。気体燃料サプライ３５０は、好ましくはＣＦＶ入口３９０において６０と８５ｐｓｉｇの間の範囲中のゲージ圧力において、連続的フローの気体燃料サプライをＣＦＶ入口３９０に配送するように装備されて適応されている。
【0074】
より好ましくは、気体燃料サプライ３５０は、燃料タンク３６０に格納された天然ガスまたはプロパンを配送する、天然ガスまたは気化されたプロパンの燃料サプライである。図１には示されていないが、燃料タンク３６０は、ＬＮＧ（液化天然ガス）またはプロパン気化と燃料タンク３６０および関連付けられたライン３６５、３７５および３７６内の結果として得られる圧力を管理するための、気化サブアッセンブリーおよび制御が装備されていても良い。そのようなＬＮＧのための気化サブアッセンブリーおよび制御は好ましくは、予め循環されたＬＮＧの温度を部分的にまたは完全な気化のポイントまで増加する熱交換ループを通して格納されたＬＮＧのいくらかを予め循環することによってタンク３６０に入れ、それによりタンク３６０内に適度な圧力ヘッドをもった蒸気相を作り出す。ライン３６５は好ましくはまた、一旦気体燃料がサプライ３５０からＣＦＶ１０に流れることを許容されるとＬＮＧ、ＬＰＧまたはプロパンの完全な気化を更に補助するために、燃料タンク３６０の下流に第２の熱交換器を含む。
【0075】
ライン３６５における熱交換器の下流では、気体燃料が、ＣＦＶ１０中に入るのに先立って、機械的圧力調整器３７０、下流燃料シャットオフバルブ３８０、およびラインクイック切断アッセンブリー（図示せず）を順次通して向けられる。この実施形態では、初期燃圧がタンク３６０によって供給されるが、タンク３６０からの初期圧力は好ましくは、ＣＦＶ１０の入口３９０に達する前に機械的圧力調整器３７０によって調整される。機械的圧力調整器３７０は、タンク３６０からの比較的高い圧力を管理することができ、実効オリフィスサイズを変動させる圧力バランス型ダイアフラムを使う１つ以上の従来の圧力調整器を含み、それにより圧力をＣＦＶ入口３９０において好ましい範囲（６０から８５ｐｓｉｇ）内に制御する。決定的に重要ではないが、機械的圧力調整器３７０は好ましくは、上流圧力データ（即ち、ＣＦＶ入口３９０における圧力「Ｐ１」と等価）を制御リンク３７１を介してＥＣＭ１００に提供するための一体化された圧力センサーを含む。調整器３７０と一体化された圧力センサーに加えて、またはその代替として、代替的な実施形態はまた、ＣＦＶ１０に入る気体燃料の実際の圧力についてのより信頼性のある入力のために、ＣＦＶ入口３９０に流体的に近接する、ライン３７６における独立型圧力センサー３７７を含んでも良い。上流圧力Ｐ１を知ることの恩恵にも拘わらず、いくらかの制限を伴ってではあるが、ＣＦＶ１０は、上流圧力Ｐ１の値を知ること無く機能することができるということが認識されるべきである。
【0076】
全てのライン３６５、３７５および３７６がそれらを通して燃料フローを向けるように動作的に密封されて接続されていることを仮定して、燃料サプライ３５０からＣＦＶ１０への燃料フローは、機械的シャットオフバルブ３８０のオン／オフ動作によって可能にされるかまたは不能にされる。手動バルブが或る代替的な実施形態において使われても良いが、バルブ３６０は好ましくは、図１において点線の制御リンク３８１によって描かれているように、ＥＣＭ１００による監督制御を介してモーターまたはソレノイドで稼動される。シャットオフバルブ３８０が開いている時、気体燃料フローが、タンク３６０とＣＦＶ入口３９０の間の動作可能な圧力勾配によって誘起される。よって、バルブ３８０が開いていると、燃料はまず熱交換器と機械的圧力調整器３７０を通して動き、燃料はそれからバルブ３８０を通しておよびＣＦＶ入口３９０中へと向けられる。
【0077】
気化サブアッセンブリーおよび制御にも拘わらず、液体相ＬＮＧまたはプロパンの液滴も含む気化された天然ガスまたはプロパン燃料の通路についての潜在性が存在し、それは例えばもし熱交換流体のためのポートまたは導管が詰まってしまったら起こり得る。もしＬＮＧまたはプロパン液滴が機械的圧力調整器３７０から下流で燃料ストリーム中に残っていると、それらの以降の気化がＣＦＶ１０中に劇的な圧力スパイクを導入し得て、それは或る条件下ではＣＦＶ１０の第１ステージ２０またはその他のコンポーネンツを圧倒し得る。熱交換器の下流でのＬＮＧまたはプロパン液滴の可能性のある導入について補償するために、圧力制御ループが、圧力調整器３７０とＣＦＶ１０の入口３９０の間の中間の位置において、好ましくは熱交換器と機械的圧力調整器３７０の下流で、かつ好ましくはあらゆる上流圧力Ｐ１センサー３７７の上流で、システム中に挿入されても良い。
【0078】
不規則なＬＮＧまたはプロパン液滴がＣＦＶ１０中に入るような場合には、遅延された気化はＣＦＶ１０の入口３９０における増加した圧力のスパイクに繋がる可能性が高い。もしそのような圧力スパイクが生成されると、挿入された圧力制御ループが好ましくは、機械的圧力調整器３７０の上流側に戻るガス抜きによってスパイクをバッファーする。いくつかの代替的な実施形態は、ライン３７６における上流圧力Ｐ１センサー３７７からの信号の使用を通してそのような過剰圧力のリスクに対処する。そのような代替形では、過剰圧力状態がＰ１センサー３７７によって検出される範囲において、ＥＣＭ１００が、圧力スパイクを解消するかそうでなければ補償するためにその他の調節を行うように適応される。その他の代替形として、そうでなければ伝播してＣＦＶ１０の制御を妨害するであろう気化スパイクをそらすのを助けるために、１つ以上の過剰圧力ベントまたはバイパスチェックバルブが、ライン３７５および／または３７６において含まれることができる。同様に、機械的圧力調整器の上流での燃料気化による圧力スパイクもまた、大気中にガス抜きされるおよび／または燃料サプライ３５０における更なる上流でのその他の封じ込めにそらされる、ことができる。
【0079】
そのような不規則な圧力スパイクの制御についての多面的な戦略を提供することによって、即ちライン３６５における熱交換器および上述した通りの１つ以上のベント、チェックバルブ等の含有を通して、好ましい実施形態は、ＣＦＶ１０の流量制御を削減するかまたは圧倒するのを防ぐように、ＣＦＶ入口３９０に導入された圧力を制御して調整する。
【0080】
燃料タンク３６０は、代替的に、従来の圧力調整器等と共に、据え付けのガスパイプライン、圧縮ガスシリンダー、または気化制御をもった液化格納タンクのその他のタイプのような、多数の一般的に利用可能な気体燃料ソースのいずれかとして具現されても良い。好ましくは、そのような代替形の殆どは依然として、ＣＦＶ入口３９０のために圧力を望ましい範囲に調整する高圧力機械的圧力調整器３７０を介して燃料をＣＦＶ１０に供給する燃料格納タンク３６０の何らかの形を含む。
【0081】
再度、高圧力機械的圧力調整器３７０から、燃料は燃料チューブまたはサプライライン３７５を通して供給され、それは示されたように好ましくはシャットオフゲートバルブ３８０を含む。シャットオフゲートバルブ３８０から下流では、燃料サプライライン３７６がＣＦＶ燃料入口３９０においてＣＦＶ１０に接続され、その時点で燃料は好ましくはＣＦＶ１０の第１ステージ２０中に導入される。
【0082】
当業者によって理解されるであろうように、サプライライン３７５はまた、ＣＦＶ１０中への導入に先立って燃料サプライ状態を監視するおよび／または最適化するための燃料フィルター（図示せず）またはその他の従来のシステムを含んでいても良い。そのようなその他のシステムは、例えば、動作的必要を先取りするためにＣＦＶ１０のエンジン制御モジュール１００および／またはＰＣＢ４０に接続された燃料品質センサーを含んでいても良い。燃料サプライ３５０はまた、（１つだけではなく）いくつかの独立した圧力調整器３７０の組み合わせを含んでいても良く、または燃料格納タンク３６０に一体化された追加の圧力調整器を含んでいても良い。
【0083】
描かれた通りの最も好ましい実施形態を再度参照すると、より大きな燃料システムは、デュアルステージＣＦＶ１０を有する燃料サプライ３５０を含む。そのより大きな燃料システムの下流では、供給された燃料フローはそれから気体燃料エア混合気２５０を内燃機関２７０に供給するためにエア２６０と混ぜられる。図１の配置が好ましい一方、本発明のいくつかのより広い教示内容に合った代替的な実施形態は代替的に、要求されたエアのいくらかまたは全てを、ＣＦＶ１０の上流でかまたは可能性としてＣＦＶ１０の真ん中においてでさえ、燃料に導入しても良いが、但し、それが導入されたいかなるポイントにおいてもエアフロー導入を考慮に入れるために対応する調節が必要であり得ることから、対応するチャレンジと可能な妥協を伴ってであるが。
【0084】
好ましいユニタリーＣＦＶブロックアッセンブリー９０図２−４Ａを参照すると、ユニタリーブロックアッセンブリー９０内でのＣＦＶ１０の３つの基本的なサブアッセンブリー２０、３０および４０の一体化が描かれている。ユニタリーブロックアッセンブリー９０は、３つのアルミニウムサブブロック９０ａ、９０ｂおよび９０ｃの強固に一体化された組み合わせであり、それは一方でそれらの基本的サブアッセンブリー２０、３０および４０の動作可能な封じ込めのための更に小さいアルミニウムブロックエレメンツの結合体を組み込む。サブブロック９０ａは全体的に第１ステージ２０を含み、サブブロック９０ｂは全体的に第２ステージ３０を含み、サブブロック９０ｃは全体的にＰＣＢ４０とそのブロック内マイクロコントローラ３２０を含む。
【0085】
示されたように、図２−４Ａの各々において第１ステージ２０は全体的に第２ステージ３０の上に向いている。好ましくは、ユニタリーブロック９０は、第１ステージ２０とＰＣＢ４０のブロック９０ａと９０ｃをそれぞれ第２ステージ３０のブロック９０ｂに強固に載置することによって達成される。描かれた通りの強固な載置は、第１ステージ出口４００と第２ステージ入口４６０をステージ間チェンバー３００と呼ばれる共通のスペースに配置する。ステージ間チェンバー３００は、２つのステージ２０、３０の間で共通に共有された中間のスペースであり、ＣＦＶ１０の流体通過路における密封されたオープンなスペースを提供する。よって、第１ステージ２０からのフローは第２ステージ入口４６０にオープンに連通されるが、但し密封されたスペースにおいてなので、圧力と燃料はブロック９０からは失われない。
【0086】
理解されるであろうように、（図２では隠されたラインで概念的に描かれた）ステージ間チェンバー３００は、サブブロック９０ａ、９０ｂ、９０ｃの間の密封された結合体によって（少なくとも部分的には）形成され、それは組み合されたユニタリーＣＦＶブロック９０を作成する。ユニタリーブロック９０を形成するように一体的に結合されているのに加えて、基本的なサブアッセンブリー２０、３０および４０を取り囲む嵌合表面は、ＣＦＶ１０を通して行われるべき最大動作圧力を超過した内圧を内包するのに充分なガスケット、接着剤、シール、ねじ付きボルト、Ｏリング等で密閉的に密封される。最大ＣＦＶ動作圧力は好ましくは少なくとも８５ｐｓｉｇであるが、サブブロック９０ａ、９０ｂ、９０ｃ間および内のシール等は、安全ファクターとして、好ましくは１００ｐｓｉｇより多く、好ましくは３２０ｐｓｉｇより多くまで、の封じ込めのために設計されている。技術分野で知られているような異なる密封技術が使われても良いが、サブブロック９０ａ−９０ｃの様々な嵌合表面の間に適度な密封を達成するためには、機械ねじと接着剤および／または室温加硫（ＲＴＶ）シリコーンが最も好ましい。
【0087】
図２−４Ａを参照すると、例えば、ねじ付きボルト２１−２４は、２つのステージ２０、３０の間のステージ間チェンバー３００を密封的に取り囲んで規定するように、それらの間のシールで第１ステージブロック９０ａを第２ステージブロック９０ｂに合体する。同様に、ボルト４１−４４は、ワイヤまたはポート３４２、３４３（図７において番号付けられている）のようなトランデューサーポートに沿ってチェンバー３００からＰＣＢ４０に圧力が漏洩する場合にＰＣＢ４０の周りからの圧力漏洩を防止するために、ＰＣＢ４０とそのコンポーネンツの周りのスペースも密封されるように、密封されたやり方でＰＣＢサブブロック９０ｃを第２ステージブロック９０ｂに合体する。
【0088】
関連付けられたポリマーシールは図２−４Ａにはクリアに示されていないが、円周状溝３１と４６は視認可能であり、それらの中に連続的な弾性シールが挿入されて組み立て中に圧縮される。そのようなシールは、それぞれチェンバー３００中およびＰＣＢ４０の周りの適度な圧力封じ込めを確かなものとする役目を果たす。比較のために、匹敵する弾性シール４０１と４０３が図４Ｂの代替的な実施形態に示されており、それらは、その代替的な実施形態において同様の目的のために匹敵する円周状溝３１’と４６’にフィットする。
【0089】
再度、サブブロック９０ａ、９０ｂおよび９０ｃの各々は、一方で、より小さなブロックエレメンツの密封された強固な結合体が関与する。例えば、図５によりクリアに見られるように、ブロック９０ａは、円周状溝９６ａにおいて弾性シール９７を捕捉するようなやり方でねじ付きボルト２５−２８（図２において部分的に番号付けられている）によって一緒に密封的に合体されたメイン部分９５とキャップ部分９６を含む。より小さなブロックエレメンツの間のその他の匹敵する結合体は、図面中に反映されており、それらの各々は、共通のブロックアッセンブリー９０内に動作的圧力を内包するために適度な密封を確かなものとする役目を果たす。当業者に理解されるであろうように、多くのその他の構成および代替的材料が、代替的な実施形態におけるユニタリーブロックアッセンブリー９０の目的の役目を果たすために、様々な結合体と動く部分にも拘わらず強固なブロックアッセンブリー中に動作的圧力を依然として封じ込めながら、様々なサブブロックとより小さなブロックエレメンツに代入されることができる。
【0090】
ＣＦＶ１０の第１ステージ２０好ましい構成では、ＣＦＶ１０の第１ステージ２０は、本質的にはＰＣＢ４０によって制御された電子圧力調整器３３０として機能する。第１ステージ２０は、ＣＦＶ燃料入口３９０と第１ステージ燃料出口４００を含む。第１ステージ２０は、連続的フローシステムのためにバルブ５０の可変実効面積を作り出すための従来の電子圧力調整器構造を使って（ステージ間チェンバー３００における）第１ステージ出口４００での圧力を制御する。
【0091】
図５により良く示されているように、第１ステージ２０におけるバルブ５０の実効面積は、周囲の通路４２１−４２３によって均圧化された稼動されたディスク４１９によって制御される。稼動されたディスク４１９の位置は、周囲のエレメント１４０からの起電力によって動かされ制御される。稼動されたディスク４１０は一方で、圧力バランス型ダイアフラムバルブであり、その実効面積がバルブ５０の軸方向位置に基づいて変化する、バルブ５０の位置を制御するためにバルブシャフト１２０の動きを制御する。バルブ５０自体はポート３９１からの入口圧力によって圧力バランス化される。
【0092】
理想的な応答性のために、第１ステージアクチュエータ４２０は、好ましくは高速作動アクチュエータ、好ましくはボイスコイルアクチュエータであって、それはＰＣＢ４０によって提供された制御に従って、第１ステージ圧力出口４００における（および、よって、ステージ間チェンバー３００における）戦略的圧力を達成するために、圧力バランスされたバルブ５０上に作動力を作成する。
【0093】
好ましい実施形態では、第１ステージバルブアクチュエータ４２０は、１．７５”の直径と、２から３パウンドの力と、３．５ｍｍのストロークを有する。ＣＦＶ１０の第１ステージ２０は好ましくは、４：１のターンダウン比で動作することが可能な座席の幾何学的形状において機能する力バランスされたダイアフラム１３０を有する。
【0094】
発明の或る側面の少なくとも１つ代替的な実施形態では、ＣＦＶ１０の第１ステージ２０はまた、吸気エアのためのポート（図示せず）を有するが、そのようなポートは描かれた好ましい実施形態の一部ではない。
【0095】
ＣＦＶ１０の第１ステージ２０の更なる詳細は、ここに提供されたその他の描写および関連する記載から、特に図５と６を参照して、明らかであろう。ＰＣＢ４０の制御下で、特に図１において「第１ステージＣＦＶ戦略」６００と圧力アクチュエータループ４５０として描かれたアルゴリズムの制御下で、ＣＦＶ１０の第１ステージ２０からの気体燃料３５０が、制御された圧力で第１ステージ出口４００に提供される。
【0096】
第１ステージ出口４００は、ユニタリーブロックアッセンブリー９０内に密封された制約されていないステージ間チェンバー３００を通して、第２ステージ入口４６０と直接連通している。よって、第１ステージ２０からの制御されたフロー３５１は、外側の影響の機会無しに、第２ステージ３０中に直接流れる。
【0097】
ＣＦＶ１０の第２ステージ３０図７に描かれた好ましい構成では、ＣＦＶ１０の第２ステージ３０は、２つのステージ２０、３０が、図６と８の制御戦略（これらの記載のその他のセクションにおいて更に記載される）に従って相互依存的に協働させられるように、第１ステージと同じＰＣＢ４０によって制御された高速作動チョークフローバルブ１２５を含む。遷移フロー方程式に基づいてモデル化された代替的な実施形態では亜音速または準音速フローあるいは等価物が管理可能であり得るが、特に好ましい実施形態は、ＣＦＶ１０の第２ステージ３０における音速または超音速の
【0098】
【数15】
【0099】
流量をもったチョークフローを作成するように制御される。そのような代替的な実施形態の目的のために、「準音速」の速度は、０．９０から０．９９音速の範囲にあることを意味し、「亜音速」の速度は、０．９０音速未満を意味する。
【0100】
第２ステージ３０は、（中間チェンバー３００における）ユニタリーハウジング９０内に完全に密封されているそれ自身の燃料入口４６０を有する。第２ステージ３０は、それ自身の燃料出口７０を有し、それはまたＣＦＶ１０全体のための出口の役目も果たす。第２ステージ３０は、正常な動作中にそれを通した気体燃料のチョークフローを達成するように好ましくは設計された、連続的フローバルブ１２５を本質的に有する。好ましくは、連続的フローバルブ１２５自体が、表面１１００と同心円状オリフィス１３５の間に実効的バルブ開口部１３６を規定するように、フロー経路中にフロー制御表面１１００を動作的に配置する、軸方向に調節可能な中央バルブメンバー１２５の形である。第２ステージ制御３０にためのバルブアクチュエータ４３０（「ボイスコイルアクチュエータ４３０」とも呼ばれる）は、第２ステージ出口７０において燃料の
【0101】
【数16】
【0102】
流量を直接制御する開口部１３６の可変実効面積を作り出すように動作する。第２ステージ３０の実効面積は、非常に応答性のある（即ち、高速に作動する）アクチュエータ４３０によって制御される。理想的な応答性のために、第２ステージアクチュエータ４３０は、中央バルブメンバー１２５のアクチュエータステム１１５上に作動力を作成する高速作動ボイスコイルアクチュエータとして具現される。多くの高速作動アクチュエータよりももっと応答性があるので、ボイスコイルアクチュエータ４３０は、中央バルブメンバー１２５をその１６ｍｍの運動範囲全体を通して２０ミリ秒未満、好ましくは１０ミリ秒未満でさえ、で動かすことができる。
【0103】
アクチュエータ４３０の位置制御は、ユニタリーブロック９０のステージ間チェンバー３００において感知された通りの状態に大きく依存して、第２ステージ出口７０（それはまた、実効的に、ＣＦＶ出口）において望ましい
【0104】
【数17】
【0105】
流量を達成するために、ＰＣＢ４０によって決定される。ステージ間チェンバー３００内の燃料フローの流体状態は、好ましくはステージ間チェンバー３００にポート３４０を介してアクセスするステージ間Ｔ２およびＰ２センサーによって検出される。
【0106】
図７は、中央バルブメンバー１２５の好ましい実施形態におけるＣＦＶ１０の第２ステージ３０の詳細図を描く。好ましい実施形態では、第２ステージ３０は、中央メンバーシャフト１１５と、第２ステージ３０燃料検針を許容するように設計されたバルブ本体１７５の同心円状バルブオリフィス１３５内で軸方向に調節可能な中央バルブメンバー１２５を有する。中央バルブメンバーシャフト１１５の軸方向位置は、アクチュエータ４３０のボイスコイルへの電流の変化によって調節される。応答性を最適化しながらの正確な制御のために、第２ステージ３０の中央バルブメンバーシャフト１１５は、バルブ位置センサー１６５と関連付けられており、それは中央バルブメンバーオリフィス１３５上に働く力のバランスとは関係無しにシャフト１１５の軸方向位置を決定するので、燃料検針は、関連付けられたエンジンのより最適な性能に向けて必要に応じて監視されるのと変形されるのとの両方である。図１に描かれたように、センサー１６５からのバルブ位置信号はそれから、バルブアクチュエータループ１９０のために使われ、それはオリフィス１３５に対してバルブ１２５の位置を制御する。
【0107】
好ましい実施形態では、ＣＦＶ１０の第２ステージ３０は、第１ステージ２０についてのアクチュエータ４２０よりもかなり大きな力のアクチュエータ４３０を有する。第２ステージ３０はまた、好ましくは第１ステージ２０によって貢献された個別のターンダウン比と比較してより高いターンダウン比をそれ自体上で達成することができる。より特定には、第２ステージ３０アクチュエータ４３０の特定の例は、３”の直径と、８から１２パウンドの力と、１６ｍｍのストロークをもつアクチュエータとして具現化されるが、そのような特定のものにおける実質的な変動のための余地は、発明の殆どの側面について当業者には明らかであろう。
【0108】
ＣＦＶ１０の第２ステージ３０の更なる詳細は、図７と８および関連する記載を参照して明らかであろう。ＣＦＶ１０の第２ステージ３０のアクチュエータ４３０は、バルブアクチュエータループ１９０によって制御される。図８は、例えば、第２ステージＣＦＶ３０の「第２ステージＣＦＶ戦略」８００と「バルブアクチュエータループ」１９０のための制御アルゴリズムを描く。（第１ステージ２０についての代替形でのように、発明の或る側面の代替的な実施形態では、ＣＦＶ１０の第２ステージ制御３０はまた吸気エアのためのポートを有するが、そのようなポートは好ましい実施形態の一部ではない。）好ましい実施形態では、第２ステージ３０は、アクチュエータ４３０の動作的影響の下で同心円状バルブオリフィス１３５に対して軸方向に調節可能な位置において、中央バルブメンバー１２５を有する。バルブ１２５のフロー制御表面１１００の形状は、ＣＦＶ１０の動作範囲全体に跨って一貫した設定ポイント精度を可能とするようなやり方でオリフィス１３５を通して流れる燃料を検針することを第２ステージに許容するように設計されている。中央バルブメンバーシャフト１１５の軸方向位置は、ボイスコイルアクチュエータ４３０の電流への変化によって調節される。応答性を最適化しながらの正確な制御のために、第２ステージＣＦＶ３０の中央バルブメンバーシャフト１１５は、バルブ位置センサー１６５と関連付けられており、それは中央バルブメンバーオリフィス１３５上に働く力のバランスとは関係無しにシャフト１１５の軸方向位置を決定するので、燃料検針は、関連付けられたエンジンのより最適な性能に向けて必要に応じて監視されるのと変形されるのとの両方である。図１に描かれたように、センサー１６５からのバルブ位置信号はそれから、バルブアクチュエータループ１９０のために使われ、それはオリフィス１３５に対してバルブ１２５の位置を制御する。
【0109】
プリント回路基板（ＰＣＢ）４０更なる最適化のために、ブロック内マイクロコントローラ３２０と関連する制御回路は好ましくは、２つのステージ２０、３０の間のステージ間チェンバー３００と通信するトランスデューサーを含んだ、単一のプリント回路基板４０（図４Ａにおいても視認可能）上に具現される。ＰＣＢ４０のブロック内マイクロプロセッサ３２０は、ＥＣＭ１００からの
【0110】
【数18】
【0111】
データ信号１０５（およびここで他のところで説明される、Ｐ３データ信号５２０を含んだ、その他の利用可能なデータ）を受け取るようにデータリンク１０１を介して接続されている。データリンク１０１は、ライン１０１を通してチェンバー３００からの圧力漏洩のリスクを最小化するように、１００ｐｓｉ以上の圧力差に跨っての使用について定格の鋳造ワイヤハーネスコネクター４５を通して、ＥＣＭ１００と、好ましい実施形態ではＣＡＮネットワークであるその制御ネットワークに、接続する。受け取ったデータ信号１０５、５０２を使って、プリント回路基板４０は、好ましくはエンジンのＥＣＭ１００へのパワーおよびデータ接続１０１以外のいかなる外部通信も無しで、ＣＦＶ１０のデュアルステージ２０、３０を制御する。当業者によって理解されるであろうように、代替的な実施形態は、ダイレクト（０−５Ｖ）データ接続かまたはそうでなければＣＦＶ１０のような応用にために好適なデータ接続のためのあらゆるその他の知られた代替形であることができる。
【0112】
図１を参照すると、ＰＣＢ４０は、機械読み取り可能なコード、即ちソフトウェアを受け取ることが可能なメモリーをもったあらゆる商業的に入手可能なマイクロコントローラであることができる、マイクロコントローラ３２０からなる。マイクロコントローラ３２０は、ＣＦＶ１０の「脳」を提供し、圧力トランスデューサー３３１からの圧力信号と、サーミスター３４０からの温度信号と、バルブ位置センサー１６０、１６５からのバルブ位置信号と、電子制御モジュール（ＥＣＭ）１００からの制御信号を受け取り、それぞれＣＦＶ１０の第１ステージ２０および第２ステージ３０への圧力およびバルブ位置コマンドを出力する。
【0113】
サーミスター３４０は、その先端における温度を感知する従来のサーミスターであり、ベース３４１から先端まで延びるワイヤ導線を有するが、温度センサーのその他の形（また温度以外の流体状態についてのセンサー等でさえも）が、同じ目的のいくつかのための代替形としての使用について考えられることができる。好ましい実施形態では、最適な流体状態フィードバックが、サーミスター３４０のベース３４１がＰＣＢ４０に直接はんだ付けされる一方で、サーミスター３４０のセンサー先端を直接ステージ間チェンバー３００内に配置することによって得られる。図７を相互参照すると、ＰＣＢ４０はステージ間チェンバー３００を規定するブロック９０ｂの描かれた表面３０２の背後であるが、サーミスター３４０の感知先端は、チェンバー３００の側壁における適切に配置されたセンサーポート３４２を通してチェンバー３００中に僅かに延びる。一実施形態では、圧力トランスデューサー３３０は、０から１００ｐｓｉの絶対圧力範囲を有し、サーミスター３４０は、−４０℃から１２５℃までの温度測定範囲を有する。
【0114】
圧力トランスデューサー３３１は、従来の圧力トランスデューサーであるが、非従来なもの（または圧力以外の流体状態についてのセンサー等でさえも）が、同じ目的のいくつかのための代替形としての使用について考えられることができる。圧力トランスデューサー３３１は、好ましくは制御基板に載置されることができ、それを通してトランスデューサーが感知されるべき圧力にアクセスする、そのベースから延びる堅いチューブコネクター（時々「ストーブパイプ」と呼ばれる）を有するタイプのものである。好ましい実施形態では、最適な流体状態フィードバックが、ベーストランスデューサー３３１がＰＣＢ４０上に直接載置される一方で、そのストーブパイプ（または代替形として、そこからのチューブ）の先端３３０を直接ステージ間チェンバー３００と連通して配置することによってトランスデューサー３３１から得られる。図７を相互参照すると、ストーブパイプ先端３３０は、チェンバー３００の側壁３０２における適切に配置されたセンサーポート３４３を通してＰＣＢ４０（図示しないが、ブロック９０ｂの描かれた表面の背後）から延びる。先端３３０の詰まりまたはトランデューサー３３１のその他の汚損を最小化するためには、ポート３４３は好ましくは、ステージ間チェンバー３００のサイド仕切り中にあり、汚染防止策としての使用のために知られているバッフル付き壁等で遮蔽されている。
【0115】
圧力エンクロージャー９０ｃは、ＣＦＶ１０の全ての基本的側面のマスター制御のために、ブロック内マイクロコントローラ３２０と単一のプリント回路基板（ＰＣＢ４０）の関連付けられた回路コンポーネンツを内包する。ＰＣＢ４０からの電気導線等が密封されたステージ間チェンバー３００の中にかまたはその近くに入る一方、ＰＣＢ４０は同様に好ましくは、図４Ａと４Ｂにおいて最も良く認識されることができるように、ユニタリーＣＦＶブロックアッセンブリー９０の内側に作り出された専用のスペース３００内に密封される。ＰＣＢ４０の追加の保護のために、それはマシンボルト３１０でその場に載置されているだけでなく、それはまたその専用スペース中に缶詰状にされているのとカプセル化されているのとの両方でもある。そのような密封された一体化は、最適な制御を可能とし、外来のアーチファクトかまたはそうでなければその動作に影響を与え得るその他の影響を最小化するのを助ける。
【0116】
制御の目的のために、圧力トランスデューサー３３０と従来の温度センサー３４０は、第１ステージ２０と第２ステージ３０の中間にある、ステージ間チェンバー３００における燃料の圧力と温度を監視する。
【0117】
ブロック内マイクロコントローラ３２０の制御全体を通して、本発明の実施形態は、当該分野において長い間感じられていた未解決の必要に、従来技術の制限とチャレンジの多くを克服する革新的なアプローチを通して対処する。本発明の教示内容の多くに従って、当該産業は、数々の応用のパワー要求に容易に適応可能であり、内燃機関における相当大きなダイナミックパワーレンジに跨って燃料フローを正確かつ的確に制御することが容易に可能である、デュアルステージ連続的フロー制御システムにおいて顕現された解決策を提供することが可能となる。
【0118】
図４Ｂ−匹敵する代替的ＣＦＶ１０’図４Ｂは、ＣＦＶ１０’の形で、ＣＦＶ１０の匹敵する代替的な実施形態を描く。ＣＦＶ１０’は、ＣＦＶ１０と同じように構造化され機能するので、各々の同様のコンポーネンツは、同じだがＣＦＶ１０’のコンポーネンツについては追加のプライム［’］を付けて番号付けされる。ＣＦＶ１０のブロックアッセンブリーと同様に、ＣＦＶ１０’のユニタリーブロックアッセンブリー９０’は、３つのサブブロック９０ａ’、９０ｂ’および９０ｃ’の強固に一体化された組み合わせを含む。図４Ｂの観点からは、ＣＦＶ１０’の代替的な実施形態は、シール４０１と４０２を示す。シール４０１は、第１ステージサブブロック９０ａ’と第２ステージサブブロック９０ｂ’の間の結合体を密封的に取り囲む。シール４０２は同様に、ＰＣＢサブブロック９０ｃ’とサブブロック９０ｂ’の間の結合体を密封的に取り囲む。結果として得られる結合体が、ユニタリーブロック９０’、ＣＦＶ１０の内部バルブコンポーネンツのための密封されたユニタリーハウジング、を形成する。一実施形態では、ＣＦＶ１０’はまた、少なくとも３２０ｐｓｉｇの内部圧力を内包することができる。マイクロコントローラ３２０’および関連付けられた回路は、好ましくはＣＦＶ１０’の全ての基本的側面を制御するために単一のプリント回路基板（ＰＣＢ４０’）上に載置される。
【0119】
ユニタリーブロックアッセンブリー９０’内には、ＣＦＶ１０’の様々なコンポーネンツを動作的に接続するように、ワイヤ４０３と４０４が、サブブロック９０ｃ’におけるＰＣＢ４０’からそれぞれサブブロック９０ａ’と９０ｂ’におけるアクチュエータ４２０と４３０まで走る。具体的には、ワイヤ４０３とワイヤ４０４は、ユニタリーブロックアッセンブリー９０’のコンポーネンツをそのその他のコンポーネンツにリンクすることができる。ワイヤ４０３は特に、ＰＣＢ４０’をアクチュエータ４２０’に接続するために、（図４Ｂにおいて分けられたシール４０１ａとサブブロック９０ｂ’の関連付けられた壁によって指し示すように）チェンバー３００’とは別に規定されたセパレートチャネル２９１’（対応するチャネルは図４Ａでは２９１として同定されている）が設けられている。ワイヤ４０４は同様に、サブブロック９０ｂ’におけるセパレートチャネルを通して接続する。
【0120】
第１ステージ制御戦略図１の図と図６の第１ステージ論理ツリーの間を相互参照すると、ＣＦＶ１０の第１ステージ２０のアクチュエータ４２０は、図６に描かれた第１ステージ制御戦略によって制御される、圧力アクチュエータループ４５０によって制御される。図６は、ＣＦＶ１０の第１ステージ２０についての圧力アクチュエータループ４５０のターゲット圧力としての役目を果たす、圧力コマンド（Ｐｃｍｄ）４７０を決定するためのアルゴリズム制御戦略のブロック図を示す。
【0121】
第１ステージ戦略アルゴリズムと第２ステージ戦略アルゴリズムは、この記載のその他の側面に照らして図面の思慮深い精査から当業者には合理的に理解可能であるべきであるが、いくらかの更なる詳細が助けになり得る。一般的に、図６と図８の両方における好ましいアルゴリズムの描写のために、繰り返される共通の指定が使われる。それらの指定のいくつかは、「エア」が空気を指し、「比」が２つのデータ値の間の比を指すように、共通の意味をもったフルワードである。「ＣＡＮ」は技術的にはコントローラエリアネットワークの頭字語であるが、「ＣＡＮ」の参照は、ＣＡＮネットワーク、またはより正確には、図６と８の文脈では、ＣＡＮネットワークを介して受け取られたデータ、を指す一般的に使われる技術用語である。
【0122】
その注意の上で、ＣＡＮネットワークはＣＦＶアッセンブリー１０の外側からＣＦＶコントローラ３２０によってライン１０１を通して受け取られた全てのコマンド、変数およびその他のデータの通信のための好ましい通信リンクであるが、無線、アナログ信号、デジタル信号、またはその他の通信手段が、本発明の多くの側面を依然として包含しながら代替形として使われても良い、ということが認識されるべきである。
【0123】
一般的かまたは容易に理解される略語は図面中でも使われる。特に図６と８について、特定の参照がそうでなければ更に明確化され得るという範囲を例外として、「ｍｄｏｔ」は質量流量を指し、「Ｃｍｄ」はコマンドを表記し、「ｎｒｍ」は特定の変数についての正規化された値を指し、それはその変数についてのフルスケールのパーセントであり、「ＦＳ」は対応する変数についての実際の値を得るための正規化された値が掛けられるところのフルスケールまたはスカラーファクターを指し、「Ｐｏｓ」は、バルブまたはそのアクチュエータの位置のような、位置を指し、「Ｔｇｔ」は、「ＡＥｆｆＴｇｔ」として表記される、バルブの実効面積についてのターゲット値においてのような、ターゲットを指し、「ｌｐ」はローパスフィルター、またはローパスフィルターによってフィルタリングされている変数を指し、「ｃｋ」は理論的チョークフロー方程式を指し、「ＳＱＲＴ」は一般に数学的な平方根関数を表記し、それは理論的チョークフロー方程式の文脈で他のところでより完全に記載され、「Ａｅｆｆ」は特定のバルブの実効的オリフィス面積であり、「ＴＡＥｆｆ」は特定の状態についてのＡＥｆｆのためのテーブルルックアップ値を指し、「ｍａｘ」は変数の最大値を指し、「Ｔ」は（ＴＡＥｆｆの文脈においてを除いて）温度を指し、「Ｐ」は圧力を指し、「ｄｉｓ」は「距離」の短縮であり、好ましい実施形態においてＰ３信号５２０がエンジン２７０の吸気からの下流圧力測定を表すという事実を反映している。
【0124】
より特定には、「ＳＱＲＴ＿ｃｋ＿Ｔ＿ａｉｒ」は、（図７における番号付けで）温度センサー３４０によって感知された温度との関係で「ガンマ」比熱比燃料定数（しばしば「ｋ」と表記される）に基づいて計算される。我々の現在の目的については、制御戦略は、ｍｄｏｔがｍｄｏｔ＝Ａｅｆｆ＊Ｐ＊（ＳＱＲＴ＿ｃｋ＿Ｔ）
という古典的な理論的方程式に本質的に従うことを仮定する。この表現において、「ＳＱＲＴ＿ｃｋ＿Ｔ」４８０は、
{M/RT*gamma*{[2/(gamma+1)]^[(gamma+1)/(gamma-1)]}}
の平方根である。ここでといくつかのその他の表現４９０、４９２、４９３および４９４において、「Ａｅｆｆ」（または「ＡＥｆｆ」）は、特定のバルブ２０または３０の実効面積である。自然に、特定のバルブ２０、３０の実効面積（Ａｅｆｆ）は、それぞれのバルブ２０、３０および／またはそのアクチュエータの位置に対応し、それは一方で対応するバルブ２０、３０についてのアクチュエータに送られたコマンド信号に大きく依存する。
【0125】
図6の制御戦略にとって中心的なのは、「Ｍａｘ」５９０決定であり、それは２つのターゲット圧力値５７５、５５０のより大きい方が実際の圧力アクチュエータ制御ループ４５０についてのターゲットとなることを許容する。第１のターゲット圧力値（「ＰｃｍｄＴｇｔ１」）５５０は、２つのメイン計算５０５、５１０の１番目（１番目の計算５０５は図６において右に示されている）において特徴付けられた仮定と関係に基づいて決定される。質量流量についての古典的な理論的方程式を踏まえて、ＰｃｍｄＴｇｔ１５５０は、ｍｄｏｔＣｍｄ＿ｌｐ５５８をＡＥｆｆＴｇｔ（ＳＱＲＴ＿ｃｋ＿Ｔ）４９４で割ることによって除算動作５５９において計算される。同様に、第２のターゲット圧力値（「ＰｃｍｄＴｇｔ２」）５７５は、２つのメイン計算５０５、５１０の２番目（２番目の計算５１０は図６において左下の四分の一区に示されている）において特徴付けられた仮定と関係に基づいて決定される。１番目の計算５０５が制御する時には、それは、チョークフローは第２ステージ３０におけるバルブ１２５についての名目の位置で容易に達成されるであろう、という仮定に基づいてＰｃｍｄ４７０を作成する一方で、２つの計算５０５、５１０の２番目の計算５１０（２番目は図６において左にある）は、もし利用可能なデータが、チョークフローはステージ間チェンバー３００におけるより大きな圧力Ｐ２無しでは起こる可能性が少ない、ということを示唆すれば、Ｐｃｍｄ４７０を増加する。
【0126】
予め決められた適度なステージ間圧力Ｐ２が第２ステージ３０においてチョークフローを達成するために維持される可能性はない、という状況をインターセプトするためには、２つの計算５０５、５１０の２番目５１０（２番目の計算５１０は図６において左にある）は、表現５２０、５３０および５７１において「Ｐ３」または「Ｐｄｉｓ」として表記される、下流圧力信号からの演繹を行う。Ｐ３データポイントは、ＣＦＶ１０の出口７０における燃圧を表し、それは図面中に描かれた通りの好ましい実施形態ではＰｄｉｓによって近似される。好ましくは、Ｐｄｉｓデータポイントは、ＥＣＭ１００からのデータ信号５２０としてＣＡＮネットワークのライン１０１を介して受け取られる。考慮された特定の圧力信号（Ｐｄｉｓｎｒｍ）５２０は、エンジン２７０におけるＴＭＡＰおよび／またはＴＩＰセンサー５２１に基づいた実際の下流圧力決定である。センサー５２１（または代替物）から集められたデータに基づいて、ＥＣＭ１００はＣＦＶ出口７０における圧力の近似を行う。ｍｄｏｔＣｍｄＦＳ５５５（図６と８におけるあらゆるその他の「ＦＳ」５５５，５３０指示でのように）によって反映されたように、アルゴリズム戦略はそれから、Ｐｄｉｓ５７１についての実際の値を獲得するためにそれをフルスケール（よって、「ＦＳ」）値によって掛けることにより、そのｍｄｏｔＣｍｄ＿ｎｒｍ５６０データを非正規化する。再度、そのＰｄｉｓ５７１はそれから、ＣＦＶ出口７０においてＣＦＶ１０によって配送された可能性の高い燃圧を近似するためのボールパークとして使われることができる。それから、その圧力５７１を、第２ステージバルブ１２５の特性である予め決められたＰｒａｔｉｏ５４０と比較することによって、全体的に、中間チェンバー３００圧力における圧力が充分に高い、ということを確かなものとするために、第１ステージターゲット圧力（Ｐｃｍｄ）４７０が比例して増加される（即ち、Ｐｒａｔｉｏ５４０によって割られる）。
【0127】
図６における２つの計算の１番目の計算５０５（１番目の計算５０５は右側にある）を再度参照すると、１番目の計算５０５は、チョークフローはＣＦＶ１０の第２ステージ３０において容易に達成されるであろう、という仮定に基づいて、第１ステージ２０についてのターゲットＰｃｍｄＴｇｔ１５５０を決定する。その１番目の計算の戦略は図面から理解可能であるべきであるが、「ＴＡＥｆｆＴｇｔＮｒｍ」５６５は、ＥＣＭ１００によって要求される特定のｍｄｏｔ流量１０５を達成するためにターゲットとされるべき第１ステージＣＦＶ２０の実効面積の最善の名目値のためのテーブル（よって、「Ｔ」接頭辞）ルックアップを指す、ということを理解することは助けになり得る。「ＴＡＥｆｆＴｇｔＮｒｍ」５６５を決定するために、様々なテーブルまたはアルゴリズムが使われても良いが、経験的に決定されたテーブルが好ましい実施形態では使われ、それは、好ましくは各特定の第１ステージ２０のバルブ特性に適用可能なテストに基づいて、予め決められている。より良い明確さにために、ＣＦＶ１０の特定の複製のためのそのようなテーブルの１つが下に表されており、そこでは（このテーブルにおける右の）ＡｅｆｆＴｇｔ＿ｎｒｍ（％）５６５についての名目ターゲット値は（このテーブルにおける左の）ｍｄｏｔＣｍｄ＿ｎｒｍ５６０に基づいて設定されている。
【0128】
【表1】
【0129】
そのようなテーブルに従って決定されたＡｅｆｆＴｇｔ＿ｎｒｍ５６５から、その正規化されたテーブルルックアップ５６５はそれから、使われている特定の燃料について（使用中の特定の燃料４８０、５８０に対するエア５７０についてのＳＱＲＴ＿ｃｋ＿Ｔ変数の比にファクタリングすることによって）と、使用中の特定の第１ステージ２０についての最大実効面積４９２について、適切にスケールされる。ＳＱＲＴ＿ｃｋ＿Ｔ比にファクタリングした結果と最大Ａｅｆｆは、ｍｄｏｔＣｍｄ＿ｎｒｍ５６０が与えられた時のチョークフローの仮定に基づいて適切なターゲット圧力レベルをスケールアップし、それは図６の右側５０５から反映されたＰｃｍｄＴｇｔ１５５０を作成する。数学の中に埋もれてしまっているが、中間チェンバー３００におけるサーミスター３４０によって感知された温度Ｔ２（「Ｔ」）は、第１ステージ２０と第２ステージ３０制御についての両方で、制御戦略における様々なポイントにおいてＰＣＢ４０マイクロプロセッサ３２０によって使われる。
【0130】
従って、最適なＰｃｍｄ４７０レベルが、図６の戦略図における「Ｍａｘ」ジャンクション５９０において制御する。どちらがより大きいにせよ、動作では、ＰＣＢ４０が、ＣＦＶ１０の第１ステージ２０の圧力アクチュエータループ４５０の制御の下で第１ステージＣＦＶ２０の出口４００におけるその圧力を達成するために、決定されたＭａｘＰｃｍｄ４７０、５９０をＣＦＶ１０の第１ステージ２０の圧力アクチュエータループ４５０に送る。理解されるべきであるように、圧力アクチュエータループ４５０は、そのステージ間チェンバー３００における圧力感知ポート３４３と直接連通している、ＰＣＢ４０の圧力センサー３３１によって確認される通り、ＭａｘＰｃｍｄ４７０、５９０が中間チェンバー３００において実際に作成されることを確かなものとするためのフィードバック制御関係においてバルブアクチュエータ４２０動作を調節する、従来の圧力フィードバックループである。
【0131】
第２ステージ制御戦略ＣＦＶ１０の第２ステージ３０の更なる詳細は、特に図７と８を参照して、ここに提供されたその他の描写および関連する記載から明らかである。ＰＣＢ４０の制御の下、特に（図８における）「第２ステージ制御戦略」と図１における「第２ステージアクチュエータループ」１９０として描かれたアルゴリズムの制御の下で、ＣＦＶ１０の第２ステージ３０からの気体燃料は、エンジン２７０と連通しているＣＦＶ出口７０に制御された
【0132】
【数19】
【0133】
流量で提供される。
【0134】
第２ステージ３０では、ＰＣＢ４０は、図９に描かれているように、Ｐ２と、その変位との関係での第２ステージ３０の知られたフロー特性に基づいて、バルブメンバー１２５の位置とそのフロー制御表面１１００を制御する。ＰＣＢ４０の制御の下、ＣＦＶ出口７０を出る実際の
【0135】
【数20】
【0136】
流量は、１％の設定ポイント精度以内まで一貫して連続的にＥＣＭ１００からの現行のｍｄｏｔ要求１０５にマッチするように、ＰＣＢ４０の２ステージ制御戦略に従って管理される。
【0137】
好ましい実施形態では、中央バルブメンバー１２５は、中心縦方向軸１２６をもった細長いバルブメンバーである。中央バルブメンバー１２５は、それがアクチュエータ４３０の制御された影響の下でオリフィス１３５に向けておよびそれから離れて自由に動くことができるようなやり方で、アクチュエータ４３０とオリフィス１３５の両方と同心円状に、第２ステージ３０内に配置される。中央バルブメンバー１２５は、チェンバー３００中に位置するその端部におけるフロー制御表面１１００と、その端部における中央バルブメンバー１２５に対向する作動ステム１１５と、それらの間の機械的ストップ構造１２００によって特徴付けられている。中央バルブメンバー１２５は、「旋回的な」形状を有した活性フロー制御表面１１００を有する。表面１１００は、それが全体的に旋回の表面の形状を有しているという点で旋回的である。その旋回の表面は好ましくは、中央バルブメンバー１２５の中心縦方向軸１２６の周りを回転させられたような、図１０Ｄにおいて視認可能な形状プロファイルの軸性回転である。フロー表面１１００は、以下で更に記載されるように、気体流体のフローと圧力を調整する役目を果たす。
【0138】
図８は、ＣＦＶ１０の第２ステージ３０のバルブアクチュエータループ１９０に送るためのバルブ位置コマンド（Ｖ＿ＰｏｓＣｍｄ）６２０を決定するための制御戦略８００のブロック図を描く。ステージ間圧力Ｐ２を制御する際に第１ステージ戦略６００は第２ステージに相互依存しているので、第２ステージ戦略８００は、比較的単純に見える。ブロック図に示されたように、ＡｅｆｆＣｍｄ８０３は、ｍｄｏｔＣｍｄ５５６を決定するためにフルスケールファクター５５５にファクタリングしローパスフィルター５５７にファクタリングした後で、図６のｍｄｏｔＣｍｄ＿ｎｒｍ５６０に基づいて決められた、ｍｄｏｔＣｍｄ＿ｌｐ５５８に基づいて決定される。ｍｄｏｔＣｍｄ＿ｌｐ５５８を知ると、そのコマンド変数はそれから、第２ステージ３０についての必要な実効面積ＡｅｆｆＣｍｄ８０３を解決するための（乗算動作８０１において計算された）Ｐ３＊（ＳＱＲＴ＿ｃｋ＿Ｔ）５９４決定によって除算動作８０２において割られる。必要な実効面積ＡｅｆｆＣｍｄ８０３から、バルブ１２５についてのバルブ位置コマンドはそれから、ルックアップテーブルＴＡｅｆｆＣｍｄ８０４から決定される。そのテーブル８０４は、好ましい実施形態では、図９ｂに描かれたフロー曲線９００と等価のデータである。結果として得られる位置コマンドＶ＿Ｐｏｓ＿Ｃｍｄ６２０はそれから、オリフィス１３５に対するバルブ１２５の対応する瞬間的位置をもたらすための第２ステージアクチュエータ制御ループ１９０に送られる。ＣＦＶ３０の第２ステージの好ましい実施形態は、２００ｋＰａのステージ間圧力Ｐ２で動作する時に、１６ｍｍのストロークをもったほぼ１８g／ｓの
【0139】
【数21】
【0140】
流量を達成することができる。
【0141】
動作圧力その他の上流状態について適応がなされても良いことが理解されるであろうが、ＣＦＶ入口３９０におけるサプライライン３７６での圧力は好ましくは、６０ｐｓｉｇ（７４．７ｐｓｉ絶対値）以上、好ましくは６０から８５ｐｓｉｇの範囲の中、となるように機械的圧力調整器３７０によって制御される。比較すると、ＣＦＶ１０についての最大吐出圧力は好ましくは、４１．７ｐｓｉ絶対値未満となるように制御され、それは依然として大きなダイナミックパワーレンジを可能としながら、ＣＦＶ１０についておよそ０．５５８以下の臨界圧力比の制御を一般的に許容する。
【0142】
ＣＦＶ１０のユニタリーブロック９０内では、ＰＣＢ４０はまた２つのステージ２０と３０を橋渡しするステージ間チェンバー３００におけるステージ間圧力Ｐ２と温度Ｔ２を監視する。ＣＦＶ１０はそれから、４：１の第１ステージの好ましいターンダウン比が与えられると、典型的には１５ｐｓｉｇ（６０の１／４）と８５ｐｓｉｇの間のどこかに制御されることになる、図６に描かれた戦略に従ったＰｃｍｄ決定を瞬間的に達成するために電子圧力フィードバック制御を使って、ステージ間圧力Ｐ２を制御するように機能する。
【0143】
そこまで達成するためのＣＦＶ１０を制御する好ましい方法は、ＣＦＶ１０の出口７０を出る燃料フローの実際のかまたは推定された流体状態に部分的には依存する。発明の或る変形の範囲内では、出口流体状態を決定するかまたは推定するその他のやり方が想定されるが、描かれた実施形態は、ＥＣＭ１００によって監視され、そのために代表的なデータ信号５２０がＥＣＭ１００から（またはＥＣＭ１００と関連付けられたデータネットワークから）連続的に利用可能である、下流センサー５２１の監視圧力（我々の目的のために「Ｐ３」と指定される）からそこまでを決定する。データ信号５２０の特定のＰ３値は好ましくは、エンジン２７０内の燃焼前の燃圧の特性であるエンジン２７０からのあらゆる利用可能なデータストリームを表す。描かれたように、好ましい下流センサー５２１は、電子スロットル２４０から下流のエンジンの吸気マニフォールド２６２中に位置する従来のＴＭＡＰセンサーモジュールである。従来のＴＭＡＰセンサー５２１に加えて、またはその代替として、下流データはまた、スロットル２４０の上流の従来のＴＩＰセンサーモジュールから集められることができる。更にその他の代替的な実施形態はまた、エンジン２７０の吸気２７２において直接、独立型圧力センサー（図示せず）を含んでいても良く、更にその他の代替的な実施形態はその代わりに、ＣＦＶ１０から吐出された気体燃料の実際の圧力についての信頼性のあるデータについて、ＣＦＶ出口７０を出る燃料サプライラインにおいて直接測定された下流データに頼る。発明のより好ましい変形について下流圧力Ｐ３を知ることの恩恵にも拘わらず、ＣＦＶ１０のより少なく好ましい代替的な実施形態は、その他の調節と妥協を要求はするものの、下流燃圧Ｐ３の値を知ること無しに機能することができる、ということが認識されるべきである。
【0144】
第２ステージバルブ位置に依存したフロー制御の変形図９は、ＣＦＶ１０のフロー曲線９００を描いたグラフである。主要曲線９００は、第２ステージ３０がエンジン２７０の３００馬力変動での使用のために適応された時の、第２ステージ３０についての意図されたフロー曲線を描く。描写の簡単さのために、ステージ間チェンバー３００中の圧力Ｐ２は、正常な動作中にブロック内マイクロコントローラ３２０の制御の下で変動するが、フロー曲線９００は、全てチェンバー３００中の単一の与えられた圧力Ｐ２についての、バルブ位置に依存した第２ステージのチョークされた
【0145】
【数22】
【0146】
流量関係を示す。曲線９００についてのその与えられた圧力Ｐ２は、２００ｋＰａである。
【0147】
フロー曲線９００のグラフは、第２ステージバルブメンバー１２５の制御された位置に基づいたＣＦＶ１０を出る燃料
【0148】
【数23】
【0149】
流量（グラム毎秒）の間の関係を主に描き、そこではその制御された第２ステージバルブ位置は、バルブ１２５が同心円状オリフィス１３５に殆ど接触する時の完全に閉じた位置からのその縦方向変位（またはミリメートル単位での「ストローク」）によって特徴付けられており、そこではそのような接触の回避は、機械的ストップアッセンブリー１２００によって確かなものとされている。図１０Ｄにおけるオリフィス１３５に対するバルブ１２５の開いた位置の実線描写との比較で、バルブ１２５の完全に閉じた位置もまた破線１３５’でそこに描かれている（が、実際の動作では、オリフィス１３５がバルブ１２５に対して動かされているのではなく、バルブ１２５がオリフィス１３５に対して動かされる、ということが理解されるべきである）。
【0150】
曲線９００によって表されたように、第２ステージ３０のフロー表面１１００は、グラフの両軸について線形スケールを使って、どれだけ遠くに第２ステージアクチュエータ４３０が第２ステージバルブオリフィス１３５に対して完全に閉じた位置から離れて中央メンバー１２５を動かしたかに依存して、結果として得られる
【0151】
【数24】
【0152】
流量を変動するような形状にされている。当業者が認識するであろうように、曲線９００によって描かれた関係は、ここで更に記載されるように、大部分は中央メンバー１２５の外側フロー表面１１００（図１０Ｄに最も良く描かれている）の形状の結果である。
【0153】
参考として、図９は、垂直の破線９２０によって印を付けられたように、左の０．０ｍｍから右のおよそ１５．５ｍｍまでのフル「ストローク」レンジを示す。３つのその他の垂直ストローク破線９２１、９２２および９２３もフルレンジの中間を注記するのに指し示されており、ライン９２１は全ストロークレンジの半分に対応し（即ち、約７．７ｍｍにあり）、ライン９２２は全ストロークレンジの３分の２に対応する（即ち、約１０．３ｍｍにある）。４つの水平破線９３０−９３３は、それぞれ４つの垂直破線９２０−９２３に対応する点９１０−９１３の流量に対応する。最大流量９３０は図９において約１７．６ｇ／ｓである一方、水平破線９３３はその流量の半分または約８．８ｇ／ｓに対応する。
【0154】
フロー曲線９００の特性は曲線９００の形状についての追加の観察から導き出されても良いが、いくつかの特性は、ＣＦＶ１０の意図された性能を可能とするために特に注目に値するものであると現在思われている。例えば、曲線９００は、そのストロークレンジの残りのスロープまたは平均スロープと比較して、そのストロークのレンジの下４分の１において、事実、そのストロークのレンジの下半分全体において、比較的小さいスロープ（即ち、ストロークにおける変化毎の流量における変化）を有する。そのような比較的小さいスロープは、より高いストロークレンジにおける設定ポイント精度と比較して設定ポイント精度がそれらのより低いレンジにおいて匹敵するものとなることを許容する。
【0155】
フロー曲線９００は、ストロークレンジの下半分（ライン９２１の左）において全体的に上に彎曲しており、事実、ストロークレンジの下３分の２（ライン９２２の左）において全体的に上に彎曲していることも注目に値する。従って、曲線９００についての最も大きなスロープ（即ち、ストロークにおける変化毎の流量における最も大きな変化）は、好ましくはストロークレンジの上半分（即ち、中央バルブメンバーがオリフィス１３５から更に離れて変位されたところの半分）において起こる。そのような曲線９００についての最も大きなスロープは、最も好ましくはそのストロークレンジの上３分の１中のどこか、または図９において描かれているように、全動作的ストロークレンジのおよそ３分の２において、起こる。フロー曲線９００（および等価な曲線）の形状は、上および下のストロークレンジの両方において設定ポイント精度が匹敵するものとなることを許容する。
【0156】
最後に注記するのは、曲線９００上の点９１３によって反映されているように、全
【0157】
【数25】
【0158】
流量の半分は、点９１３がそれぞれライン９２１と９２２の右にあることによって指し示されるように、第２ステージアクチュエータ４３０が、そのストロークレンジの上半分中に、好ましくはそのストロークレンジの上３分の１中にさえ、フローバルブ１２５を動かすまで、到達されない。
【0159】
各特定のＣＦＶ１０は、その最大
【0160】
【数26】
【0161】
流量、その第２ステージ３０の動作的ストローク長、および図９に描かれたようなフロー曲線９００の全体的な形状によって、全体的に特徴付けられることができる。そのような全体的な特徴付けにも拘わらず、ＣＦＶ１０の各特定の複製についての的確なフロー曲線９００は、製作公差等のために変動する。従って、ＣＦＶ１０の動作範囲全体を通して極めて正確な設定ポイント精度を確かなものとするために、ＣＦＶ１０の各複製についての曲線９００（または等価なデータ）は、カスタム生成されてブロック内コントローラ３２０に格納されるべきである。ＣＦＶ１０の各複製についてのカスタマイズされたフロー曲線９００を作成するには、ＣＦＶ１０は、製造の完了に際してエンドオブラインカリブレーション中に格別な注意を受けさせて、その動作範囲に跨ったいくつかの特性バルブ位置の各々について、好ましくは第２ステージ３０のための少なくとも１５バルブ位置について、第２ステージ３０の実効面積を決定する。設定ポイント精度のもっとより大きな保証のために、カリブレーション中の格別な注意の匹敵するレベルが、第１ステージ２０について行われることもできる。
【0162】
より大きな馬力を有するエンジンについて一般に適切であろうように、曲線９００と同様な形状をした曲線（異なる流量範囲をもつものの）が、ＣＦＶ１０の特定のモデルがより高い最大流量を達成するように適応された時に結果として得られるであろう、ということも当業者によって理解されるべきである。異なるパワーレンジおよび／または異なる応用についての同様の曲線を作成するには、第２ステージ３０が、レンジおよび／または応用について充分である可能性が高い特定のステージ間圧力のためにモデル化される。例えば、フロー曲線９００について特徴的であるように３００馬力変動のために適応するには、第２ステージ３０は、曲線９００について２２５から３００ｋＰａ範囲中のどこかに予め決められていると考えられる充分に高い固定されたステージ間圧力値Ｐ２のためにモデル化される。より少ないパワーレンジについては、曲線は曲線９００と非常に同様に見えるであろうが、最大
【0163】
【数27】
【0164】
流量は同じように高いものである必要はないであろう。同様に、より高いピーク流量がより多くのパワーレンジについて必要となるであろう。例えば、４５０馬力変動にために適応するには、第２ステージ３０は、遥かにより高い固定されたステージ間圧力値Ｐ２のためにモデル化され、最大流量は２５グラム／秒より多くに到達する必要がある可能性が高いであろう。
【0165】
機械的ストップアッセンブリー１２００バルブメンバー１２５の機械的ストップアッセンブリー１２００は、アクチュエータステム１１５とその活性フロー制御表面１１００の間にかかる。機械的ストップアッセンブリー１２００は、バルブメンバー１２５の近位端に向かって面する２つの放射状に対向するストップ１２００ａと１２００ｂと、反対方向におけるアクチュエータシャフト１１５に向かって面する１つの環状ストップを有する。機械的ストップ１２００ａと１２００ｂは、フロー制御表面１１００のオリフィス１３５中への軸方向の動きを制限し、環状ストップ１２００ｃは、オリフィス１３５から離れる、反対方向におけるフロー制御表面１１００の軸方向の動きを制限する。
【0166】
描かれたように、機械的ストップ１２００ａと１２００ｂは好ましくは、中央バルブメンバー１２５の反対側から放射状に延びる翼状の突起の外側の近位的に面した表面上にサポートされる。機械的ストップ１２００ａ、１２００ｂの翼状の突起は、気体流体が翼状突起を過ぎて流れることをより容易に許容するように、バルブメンバー１２５の中心軸と全体的に同一平面上である。反対方向における機械的ストップは好ましくは、機械的ストップアッセンブリー１２００および旋回的フロー制御表面１１００よりも顕著により狭い、アクチュエータステム１１５のより小さな直径のおかげで、ストップアッセンブリー１２００のアクチュエータ端部上に設けられている。
【0167】
動作範囲に跨る極めて正確な流量設定ポイント精度図９のグラフはまた、グラフのフロー曲線９００に対する設定ポイント精度バンド９０１、９０３および９０５を描くように修正されている。設定ポイント精度バンド９０１、９０３および９０５は、以下のようにカテゴリー化されたフルレンジの設定ポイント精度についての仕様内であろう流量の範囲を描く：設定ポイント精度バンド９０１について、＋／−１％、即ち、極めて正確；設定ポイント精度バンド９０３について、＋／−３％、即ち、非常に正確；および設定ポイント精度バンド９０５について、＋／−５％、即ち、一般的に正確。知られているように、より小さなパーセントは、より大きな精度の特性であり、設定ポイント精度が大きければ大きいほど、状態の各々の与えられたセットについての流量が意図された
【0168】
【数28】
【0169】
流量とより近くマッチする。
【0170】
好ましい実施形態では、制御許容値が動作範囲全体に跨って経験される。ブラケット付きの実線９０１ａと９０１ｂは、設計された設定ポイントからの１％の変動を描く。同様に、中間の破線９０３ａと９０３ｂは、設計された設定ポイントからの３％の変動を描く。最後に、外側の実線９０５ａと９０５ｂは、設計された設定ポイントからの５％の変動を描く。
【0171】
デュアルステージＣＦＶ１０とそのコントローラ３２０に具現された改善のために、デュアルステージＣＦＶ１０の好ましい実施形態は、極めて正確な、フルレンジの
【0172】
【数29】
【0173】
流量を達成し、より特定にはおよそ１％（および、格別の注意深い品質制御でもって、１％未満）の、設定ポイント精度を達成することが可能である。第２ステージ３０のチョークフローの側面が与えられると、好ましいＣＦＶ１０のその他の側面との組み合わせで、１６０：１のターンダウン比が、描かれた実施形態について容易に達成可能でありながら、３％未満以内までの、およびＣＦＶ１０の製造中に格別の注意深いＱＣでもっておよそ１％でさえもの、フルレンジ設定ポイント精度も可能とする。これは、そのような精度が、範囲中のより高い流量においてだけでなく、典型的にはおよそ０．２５グラム／秒においてアイドリングする、動作範囲中の流量の最も低い端においても、および動作範囲の残り全体を通して、達成されることを意味する。
【0174】
大きなダイナミックパワーレンジ＆ＣＦＶターンダウン比好ましい組み合わせはまた、０．１ｇ／時から４０ｇ／秒までの範囲にある燃料フローについてそのような設定ポイント精度を達成することも可能とする。但し、代替的な実施形態は、必ずしもそのような動作パラメータを獲得しないことが、理解されるべきである。好ましいレンジ内のどこかのレンジが、好ましい代替的な実施形態で使われても良いが、好ましくは図6と8の相互作用する制御戦略を管理するおよび／または動作状態の異なるレンジについて異なる制御戦略の間から選ぶ共通のマイクロプロセッサ３２０によって制御されたデュアルステージＣＦＶ１０において、６０：１以上のターンダウン比を達成することが好ましい。
【0175】
第２ステージ３０についての特定のターンダウン比の貢献は、好ましくは３０：１以上である一方、５０：１のターンダウン比がより好ましくは第２ステージ３０の最も好ましい実施形態によって提供される。結果として、本発明の代替的なＣＦＶ実施形態についての達成可能な全体的ターンダウン比は、もしそれより高くないとしても２００：１（第１ステージについての４：１が、第２ステージについての５０：１によって混ぜ合わされる）までの高さに達することができ、それは殆どの大きなダイナミックパワーレンジ応用について必要となるよりも遥かに多い。
【0176】
図面に描かれた実施形態では、第１ステージ２０は、４：１のターンダウン比を有し、第２ステージ３０は、４０：１のターンダウン比を有し、１６０：１のダイナミックパワーレンジに結果としてなる。その他のターンダウン比が代替的な実施形態の範囲内で達成されても良いが、特定の代替的な実施形態は、６０：１のターンダウン比を達成しながら、動作の範囲の両端においておよび全体を通して非常に正確な連続的フロー制御（および、よって、パワー制御）を保持する、即ち、ターゲット流量から１％未満のずれである実際の流量を達成する。追加的に、ＣＦＶシステムの好ましい実施形態は、詰まりに影響されやすくなるのに充分に小さいいかなるオリフィスも有していないので、ＣＦＶシステムは燃料汚染物質によって比較的影響を受けない。
【0177】
フル動作範囲に跨った、意図されたフロー曲線９００（即ち、バンド９０１内の実際の流量を作成する）から１％の変動以内の設定ポイント精度が望ましく、製造中に格別な注意が使われる限り、ＣＦＶ１０の好ましい実施形態の使用を通して達成されることができる。実際には、製造にける変動、圧力ピーク、および中央バルブメンバー１２５のような制御部材の蓄積された消耗と、ＣＦＶ１０とエンジン２７０におけるその他の変動可能性が、バンド９０１の外側だがフロー曲線９００全体に跨って一貫して３％設定ポイント精度バンド９０３以内である実際的な結果を時折引き起こすことができる。但し、３％変動でさえも、フロー曲線全体に跨ってこれらの許容値バンド９０１、９０３、９０５まで燃料フローを制御する能力は、特にスロープが遥かにより平坦なフロー曲線の下端においては、当該分野では新規であるとして当業者によって直ちに認識されるであろうし、ストローク距離における比較的大きな変化が流量における最小の変化に結果としてなることが望ましい。
【0178】
現在利用可能な気体流量制御器は１％設定ポイント精度を主張するが、それらは一般的に、１％精度が遥かにより大きくヒットするのがより容易な数字である動作範囲の上端において、そこまでのことを達成するだけである。利用可能なＣＦＶ制御システムは、高いダイナミックパワーレンジ応用についてレンジがあらゆる程度で考えられても遥かに少ない時には、それらの動作範囲全体に跨って５％の設定ポイント精度でさえ維持することができない。
【0179】
対照的に、ＣＦＶ１０と多くのその他の実施形態は、殆ど全ての車両的応用において非常に正確な設定ポイント精度を達成することができる。この能力は部分的には、その動作範囲の上半分と比較してその動作範囲の下半分において比較的小さなスロープの（即ち、水平により近い）フロー曲線９００を作成する第２ステージの性能特性で達成される。そのような性能特性のより詳細な側面は、図９に示された曲線９００の思慮深い精査から当業者によって理解されることができる。
【0180】
例えば、フロー表面１１００は、０から４ｍｍの間のストローク距離についてのように、フロー曲線が水平に近づくところで指し示されたように、比較的低いフロー設定についてアクチュエータストロークのミリ秒当りの流量の比較的僅かな増加を提供する。好ましくは意図された設定ポイントの３％以内、より好ましくはストロークレンジ全体に跨って意図された設定ポイントの１％以内、というこの流量の厳しい制御は部分的には、第２ステージフローバルブの幾何学的形状のために達成可能である。ここで、中央バルブメンバープロファイル幾何学的形状は、先端における一点に向けて一定に先細りしているので、幾何学的形状はストロークレンジ全体に跨って微調整されており一定に可変である。追加的に、作成において、中央バルブメンバー１２５の幾何学的形状は、０．５ｍｍ毎にその関連付けられた制約されたオリフィスとの組み合わせにおいてカリブレートされるので、各個別のバルブおよび中央バルブメンバーアッセンブリー１２５について流量を微調整するのに実際の値が使われても良い。そのような微調整は更に、フロー曲線レンジ全体に跨って望ましい微調整された制御を達成することを助ける。同様に、これらの低いフロー設定におけるチョークフローの維持への主要な貢献は、ほぼ瞬間的な流量制御を達成する第２ステージ３０の能力である。
【0181】
これらの記載の残りの文脈で図９を考えると、チョークフローは、高いダイナミックパワーレンジの応用において動作範囲全体に跨って３％から５％以内の設定ポイント精度とより低い流量におけるＣＦＶ１０で達成され維持されることができる、ということが当業者には明らかであろう。
【0182】
しかも、第２ステージ曲線９００によって示唆された恩恵は、第１ステージ制御２０の恩恵によって、およびＰＣＢ４０のブロック内マイクロコントローラ３２０によって決定されたＣＦＶのマスターロジックによって、混ぜ合わされている。曲線９００が特定のステージ間圧力Ｐ２の特性である一方、ＰＣＢ４０は、第１ステージ２０の動作を通してそのステージ間圧力Ｐ２を変動させることによって、図９に示された対応する流量レベルについての匹敵する精度をもって、流量のより大きな範囲を可能とすることができる。おそらく、第１ステージ２０について４：１の好ましいターンダウン比が与えられたとすると、流量のより大きな範囲は、図９に示された範囲のおよそ４倍までとなりながら、依然としてより大きな範囲に跨って匹敵する設定ポイント精度を達成する。
【0183】
第２ステージフロー制御表面図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃおよび１０Ｄは、中央バルブメンバー１２５の実施形態の４つのビューを描き、特定にはそれぞれ、側面図、上面図、端面図および側面図である。中央バルブメンバー１２５は、１つの縦方向端部における旋回的フロー制御表面と、そのもう１つの縦方向端部におけるより狭いアクチュエータステム１１５と、それらの間の機械的ストップアッセンブリー１２００を有する、細長いバルブ部材である。アクチュエータステム１１５は、アクチュエータ４３０内にスライド可能にフィットするようなサイズにされ、その縦方向の位置はそのアクチュエータ４３０の動作によって制御される（即ち、縦方向に駆動されるかまたは動かされる）。ステム１１５の間のスペースは、アクチュエータ４３０を通した燃料漏洩のリスクを最小化しながら、ステム１１５の動作的動きを拘束することのリスクも最小化するために、厳しい許容値で製造される。Ｏリング、ブッシング、カラー等がまた、ステム１１５とアクチュエータ４３０の間の相互作用を最適化するのに使われても良い。
【0184】
中央バルブメンバーの旋回的フロー制御表面１１００は、中央メンバー１２５と第２ステージバルブオリフィス１３５の間に放射状に均一な実効的開口部を規定するように、第１ステージ２０からの気体燃料のフロー３５１内に、第２ステージバルブオリフィス１３５と同心円状に、動作的に配置される。ステム１１５を介してアクチュエータ４３０によって制御される、その旋回的フロー制御表面１１００の縦方向位置は一方で、表面１１００とオリフィス１３５の間の放射状に均一な実効的開口部の実効面積を制御する。
【0185】
図１０Ｄを参照すると、フロー表面１１００の形状は、その動作位置の範囲に跨って一貫した流量設定ポイント精度を可能とする。参考に、図１０Ｄに描かれた通りの形状は、表面１１００の８つの順次隣接するセクション１２１０、１２２０、１２３０、１２０１、１２４０、１２５０、１２６０、１２７０に対して説明することができ、それらは、集団的にフロー制御表面１１００の旋回的形状の特徴を規定する（中心軸１２６の周りの）全て同心円状のセクションである。図１０Ｄでは拡大されているが、表面１１００は、放射状に膨らんだセクション１２０１が表面１１００の近位端１２１０からおよそ６ｍｍだけに位置されて、そのベースの近位端１２１０からその下流先端における遠位端１２０２までおよそ２５から３０ｍｍの全体的長さを有する。
【0186】
表面１１００の旋回的形状の最も幅が広い寸法は、放射状に膨らんだセクション１２０１の真ん中にあり、それは好ましくはおよそ１０ｍｍの直径で、オリフィス１３５の直径よりも大きい。別の参考の寸法として、遷移セクション１２５０は、およそ７．５ｍｍの直径を有し、それはオリフィス１３５の直径よりも小さい。２つの軸方向に最も薄いセクションは、ベースセクション１２１０と遷移セクション１２５０であり、それらの両方は一定の直径だが、軸方向の寸法はおよそ１ミリメートルだけであり、各々に円筒状ディスクに匹敵する形状を与える。それらの円筒状ディスクセクション１２１０、１２５０の両方は、放射状に膨らんだセクション１２０１の直径の半分と４分の３の間の直径を有するが、遷移セクション１２５０は、ベースセクション１２１０よりも大きい直径を有する。
【0187】
放射状に膨らんだセクション１２０１は、図１０Ｄの凸状外側プロファイルを有する。２つのセクション１２６０、１２７０は、組み合わされて表面１１００の長さの殆どを規定し、両方が全体的に円錐状である一方で、図１０Ｄの僅かに凸状外側プロファイルを有する。対照的に、２つのセクション１２２０と１２４０は、図１０Ｄの凹上外側プロファイルを有する一方、セクション１２３０は実質的に円錐状の形状である。
【0188】
その形状のその他の特徴は図１０Ａ−１０Ｄの注意深い精査から明らかであろうが、その形状のいくつかの側面は注目に値する。例えば、スムースな放射状膨らみ１２０１は、主要トラベルストップ１２００ａおよび１２００ｂの失敗の場合に重複したトラベルストップを提供する。
【0189】
旋回的フロー表面１１００は、好ましい実施形態では、ベース１２１０におけるその近位端から膨らみ１２０１までと最終的には突起先端１２０２まで延びる曲率において機能性を表現するベル形状の特徴からなることができる。特定には、中央バルブメンバー１２５の直径は、その近位端からそれが放射状膨らみ１２０１に達するまでスムースに拡張することができる。中央バルブメンバー１２５の膨らみ１２０１から、中央バルブメンバー１２５の直径は連続的に低減することができ、最終的に突起先端１２０２における１点まで先細りになる。
【0190】
表面１１００の近位端から膨らみ１２０１まで連続する徐々に変わる曲率は、図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃおよび１０Ｄの好ましい実施形態において呈示された通り、左から右に方向性をもって流れる中央バルブメンバー１２５からの気体燃料のフローを収容するように、角度におけるスムースな増加を有する。シャフト１１５からの中央バルブメンバー１２５に沿った気体流体のフローは、大きな圧力スパイクに結果としてなることができる。結果として、中央バルブメンバー１２５の連続的に拡張する直径と共にスムースに角度を付けられた曲率は、気体流体と連続的フローの増加された容積を収容するのに充分な拡張を許容する。
【0191】
中央バルブメンバー１２５の膨らみ１２０１から、中央バルブメンバー１２５の先端１２０２までずっと、直径は連続的に低減される。最初は、膨らみ１２０１から、直径は初期的には角度においてより鋭く低減するが、それが先端１２０２のベースに達するまで直径においてより徐々の低減に結果としてなる。先端１２０２のベースから先端の端まで、もう一度、直径は、それが端部において単一の点まで先細りになるまで、より急激に低減する。
【0192】
中央バルブメンバー１２５のフロー表面１１００の膨らんだ外側形状は、その性能特性を可能とする。フロー表面１１００の長さ全体に沿って連続的に変動するその膨らんだ形状は、シャフト１１５から膨らみ１２０１まで連続的に増加する直径と、それに続く膨らみ１２０１から先端１２０２まで連続的に低減する直径の組み合わせで、充分な層流を維持し、ＣＦＶ１０について動作の範囲全体に跨った望ましい設定ポイント精度を達成するように、気体流体のフロープロファイルを管理するのを助ける。チョークフローを達成しながら実効的オリフィス面積を制御することにより、ＣＦＶ１０は、望ましく正確なフロー制御を達成するように動作されることができる。よって、中央バルブメンバー１２５がオリフィス１３５と同心円状であるので、中央バルブメンバー１２５を通したフローの量は、実効面積と対応する。
【0193】
オリフィス１３５は、好ましい実施形態においては、実際のオリフィス１３５の下流に円錐状に発散する形状をもち、正方形の面をもったオリフィスであるが、本発明の側面が、バルブまたはオリフィスのその他のタイプをもった代替的な実施形態において使われても良い。例えば、オリフィス１３５の正方形の面をもつ性質の代わりに、請求された発明の範囲の外側に入っても入らなくても良いといういくらかのトレードオフを伴って、代替的な実施形態は、オリフィスへの入口がスムースに収束する一方でオリフィスからの出口がスムースに発散するように、喉に向けてスムースに収束するヴェンチュリ状の形状をもったノズルを使っても良い。同様に、オリフィス１３５と出口７０の間の流体通路の好ましい実施形態が、オリフィス１３５の下流でフローの好ましい拡散を許容するいくらか円錐状の発散と共に示されているものの、多くの代替的な形状が、それらの代替的な形状と結果として得られるフロー特性は発明からのいくらかの恩恵を依然として可能とするようなやり方で管理されることができると仮定して、第２ステージ３０からの吐出を向けるために代入されても良い。
【0194】
代替的な燃料これらの目的のための気体燃料は、標準的動作温度および圧力において気体状態にある燃料を意味する。現在好ましい実施形態では、気体燃料は、液化天然ガス（ＬＮＧ）か圧縮天然ガス（ＣＮＧ）格納状態のどちらかに由来する、天然ガスである。最も好ましい実施形態は、これらの燃料との使用のために適応されているが、代替的な実施形態におけるその他の燃料とのこの発明の側面の使用のための適応は当業者には明らかであろう。そのような代替的な実施形態は、例えば、水素か、またはプロパン、ブタンまたは液化石油ガス（ＬＰＧ）混合物で一般的なものを含んだその他のガス混合物のようなその他の気体燃料との使用のために、適応されている。実際、本発明は好ましい実施形態が適用される特定の分野にフォーカスしているが、発明のいくつかの側面はその他の分野においても革命的であることが見つけられるかもしれない、ということももっともである。
【0195】
代替形一般上述の記載と図面は当業者に、発明のベストモードであると現在考えられているものを作り使うことを可能とするべきであるが、それらは全ての点で制約的なやり方ではなく描写的なものとして見なされるべきである。当業者は、もしその全てではなくても、その殆どが発明の精神と範囲から逸脱することなくなされることができる、無数の修正、変更、変形、組み合わせ、再配置、代入、代替形、設計選択、および等価物（「代替形」）の存在を理解し認識するであろう。
【0196】
従って、発明は記載された実施形態と例によって限定はされず、むしろ、関連する手続の過程中に請求項が補正され、置き換えられ、またはそうでなければ修正され得るにつれて、請求された通りの発明の有効な範囲と精神内の全ての可能な実施形態を包含する。あらゆる現行の、補正された、または追加された請求項は、今知られているか後に発見されるかの、全ての更なる修正、変更、再配置、代入、代替形、設計選択、および当業者に明らかであり得る実施形態、を包含すると解釈されるべきである。いずれにせよ、全ての等価物は、手続中に明示的に棄権された範囲においてかまたは従来技術に照らして特定の請求項の有効性を保全するために必要な範囲において、発明の範囲内と考えられるべきである。