CN103161612B - 一种天然气发动机供气管路的稳压装置及其稳压控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天然气发动机供气管路的稳压装置,包括差值式减压阀,差值式减压阀的进气管用于与储气瓶连通,出气管用于天然气发动机的节气门连通;还包括可喷射气体的喷射器,喷射器的喷气口连通所述出气管。与现有技术相比,本发明利用喷射器能在瞬间喷射高压气体的特点,通过使其喷气口与出气管连通,将其设置于供气管路,在天然气发动机起步或者加速初期,补偿因调压弹簧反应延迟,造成的进出气管的实际压力差与标定压力差的差值,以保证供气管路内气体压力的稳定,从而加快了天然气发动机的瞬态响应速度,优化了天然气发动机的动力学性能。在此基础上,本发明还公开了一种控制上述稳压装置的稳压控制方法。
Description
技术领域
本发明涉及天然气发动机技术领域,特别涉及一种天然气发动机供气管路的稳压装置及其稳压控制方法。
背景技术
随着经济的高速发展,21世纪的今天,汽车是人类不可或缺的交通工具,但汽车尾气却是大气的主要污染源。因此,发展清洁能源来替代石油燃料已成为亟待解决的问题。在此背景下,天然气发动机应用而生,这种以天然气为燃料的发动机以其无污染的优点,在汽车行业内倍受青睐。
天然气发动机是一种在现有柴油机或者汽油机基础上开发后的产品,其主要燃料为液化后的天然气,天然气的主要成分为甲烷。由于天然气的储存压力较高,使得天然气在供给至天然气发动机的汽缸过程中需要经过降压和加温两步。其中,降压步骤通常通过差值式减压阀来实现,这种减压阀的进气管和出气管的压力差为恒定值,以保证供气管路内气体压力的稳定。这种减压阀包括阀体、阀芯和设置于两者之间的调压弹簧,其中,阀体内具有与进气管连通的高压腔和与出气管连通的低压腔,且低压腔和高压腔通过阀座连通,阀芯可移动的与阀座配合,通过调压弹簧来调整阀芯和阀座之间的开度,来保证进出气管压力差的恒定。
随着天然气发动机技术的不断发展,人们对于汽车发动机动力学性能的要求不断提高,尤其是起步或加速瞬态的响应速度和平稳性要求。驾驶员通过油门踏板,将动力需求传给发动机的发动机控制单元,发动机控制单元接收到油门踏板信号后,根据发动机的起步或加速的运行工况控制电子节气门开度的增大量。电子节气门开度增大时,差值式加压阀的出气管内产生瞬间压降,而由于调压弹簧自身的物理特性,将会延迟一定时间后,方可克服调压弹簧的弹性阻力而使进出气管内压力差达到设定的恒定值,因此,在天然气发动机起步或者加速初期,存在供气管路内气体压力不稳定的问题。这样,将会引起发动机功率不足,致使发动机起步和加速响应速度慢,从而降低整车的动力学性能。
有鉴于此,亟待对现有差值式减压阀的结构进行改进,以解决因其调压弹簧的物理特性,而造成在天然气发动机起步或者加速初期,供气管路内气体压力不稳定的问题。
发明内容
针对上述缺陷,本发明的核心目的在于,提供一种用于天然气发动机供气管路的稳压装置,以解决现有技术中因差值式减压阀自身物理特性,其进出气管压力差无法时刻保持恒定,而导致天然气发动机起步或者加速工况的瞬态响应速度慢的问题。在此基础上,本发明还提供一种控制上述稳压装置的稳压控制方法。
本发明所提供的一种天然气发动机供气管路的稳压装置,包括差值式减压阀,所述差值式减压阀的进气管用于与储气箱连通,出气管用于与天然气发动机的节气门连通,还包括可喷射气体的喷射器,所述喷射器的喷气口连通所述出气管。
优选地,所述喷射器具体为电磁喷射器,所述电磁喷射器的信号接收端与所述天然气发动机的发动机控制单元的信号输出端连通。
优选地,所述发动机控制单元分别获取所述进气管和所述出气管的气体压力Pi和Po,判断两者实际压力差ΔP大于所述差值式减压阀的标定压力差ΔPset时,所述发动机控制单元输出所述电磁喷射器至工作状态的切换控制信号,以使电磁喷射器喷射气体增压;其中,ΔP=Pi_Po。
优选地,所述出气管设置有连接所述发动机控制单元增压前气体压力传感器,以直接获取所述电磁喷射器增压前的所述出气管内气体压力Po。
优选地,所述出气管还设置有连接所述发动机控制单元增压后气体压力传感器,以获取所述电磁喷射器增压后的所述出气管内的气体压力Po′。
优选地,所述电磁喷射器在工作状态下,所述发动机控制单元分别获取所述进气管的气体压力Pi,和所述出气管内增压后的气体压力Po′;所述发动机控制单元判断两者的实际压力差ΔP′大于所述差值式减压阀的标定压力差ΔPset时,调整所述电磁喷射器的喷射压力Pos增大至Pos′,否则,所述发动机控制单元输出所述电磁喷射器至非工作状态的切换控制信号,其中,ΔP′=Pi_Po′。
优选地,所述电磁喷射器的喷射方向和所述出气管的出气方向成角度α设置;所述角度α的取值范围为30°~60°。
优选地,所述角度α的优选值为40°。
本发明还提供一种天然气发动机供气管路的稳压控制方法,供气管路中设有差值式减压阀,差值式减压阀具有进气管和出气管,所述控制方法的步骤包括:
S10、判断天然气发动机的节气门开度是否增大,若增大则执行步骤S20;
S20、向所述出气管内喷射气体。
优选地,步骤S10具体为:
获取节气门开度信号;判断当前开度值γcv和前一开度值γfv,若满足γcv>γfv条件,执行S20
优选地,步骤S10和步骤S20之前还包括:
S102、获取所述出气管压力Pi和所述进气管压力Po;判断两者的压力差ΔP与标定压力差ΔPset关系:若满足ΔP>ΔPset,执行S20;
优选地,步骤S20中,向所述出气管内喷射压力为Pos的天然气,以补偿所述出气管内的瞬间压降,Pos为预先设定的喷气压力。
优选地,步骤S20之后包括:
S40、获取喷气增压后的所述出气管内气体压力Po′;判断增压后所述进气管和所述出气管内的压力差ΔP′与差值式减压阀的标定压力差ΔPset关系:若满足ΔP′>ΔPset条件,修正设定的喷射压力Pos至Pos′,并返回步骤S20。
相对于背景技术,本发明所提供的稳压装置,包括差值式减压阀,差值式减压阀的进气管用于与储气瓶连通,出气管用于天然气发动机的节气门连通;还包括可喷射气体的喷射器,所述喷射器的喷气口连通所述出气管。
本发明利用喷射器能在瞬间喷射高压气体的特点,通过使其喷气口与出气管连通,将其设置于天然气发动机的供气管路上,在天然气发动机起步或者加速初期,补偿因差值式减压阀的调压弹簧反应延迟,造成的其进出气管的实际压力差与标定压力差之间的差值,以保证供气管路内气体压力的稳定。从而加快了天然气发动机在起步或者加速工况时的瞬态响应速度,优化了天然气发动机的动力学性能。
附图说明
图1为天然气汽车驱动装置的结构示意图;
图2为图1中驱动装置中供气管路的稳压装置的立体示意图;
图3为图2中稳压装置的控制流程图。
图中:
1差值式减压阀、11进气管、12出气管、2储气瓶、3天然气发动机、4电子节气门、5电磁喷射器、6增压前气体压力传感器、7增压后气体压力传感器。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种用于天然气发动机供气管路的稳压装置,以解决现有技术中供气管路中差值式减压阀因其自身的物理特性,导致供气管路内气体压力不稳定的问题,从而加快天然气发动机在起步或者加速工况时的瞬态响应速度,优化天然气发动机的动力学性能。在此基础上,本发明还提供一种控制上述稳压装置的稳压控制方法。
不失一般性,下面结合说明书附图,来具体说明本发明提供的用于天然气发动机供气管路的稳压装置的具体实施方式。
请参见图1和图2,图1为天然气汽车驱动装置的结构示意图,图2为图1中驱动装置中供气管路的稳压装置的立体示意图。
如图1和图2所示,本方案所提供的用于天然气发动机供气管路的稳压装置,包括差值式减压阀1,其中,差值式减压阀1的进气管11用于与储气瓶2连通,出气管12用于与天然气发动机3的电子节气门4连通,且出气管12连通设置有电磁喷射器5。
当天然气发动机3起步或加速初期,发动机控制单元31向电子节气门4输出信号,使其开度增大,差值式减压阀1的出气管12内产生瞬间压降,启动电磁喷射器5向出气管12内定向喷射定量的高压天然气,以补偿出气管12内瞬间压降值,从而保证供气管路内气体压力的稳定。
相比于现有技术,本发明利用电磁喷射器5能在瞬间喷射高压气体的特点,通过使其喷气口与出气管(12)连通将其连通设置于供气管路的稳压装置-差值式减压阀1的出气管12上,在天然气发动机3起步或者加速初期,补偿因差值式减压阀1的调压弹簧反应延迟,造成的其进出气管12的实际压力差与标定压力差之间的差值,以保证供气管路内气体压力的稳定。从而,加快了天然气发动机3在起步或者加速工况时的瞬态响应速度,优化了天然气发动机的动力学性能。
如前所述,本方案中喷射器具体为电磁喷射器5,电磁喷射器5的信号接收端和天然气发动机3的发动机控制单元31的信号输出端连通。天然气发动机3起动或加速工况初期,发动机控制单元31分别获取差值式减压阀的进气管11和出气管12内的气体压力Pi和Po。再将实际压力ΔP=Pi-Po与差值式减压阀的标定压力差ΔPset比较,若比较结果满足ΔP>ΔPset条件,发动机控制单元31输出电磁喷射器5至工作状态的切换控制信号,电磁喷射器5向出气管12内喷射定量的高压气体Pos,以补偿因差值式减压阀1的调压弹簧的物理特性造成出气管内的瞬时压降,从而保证了供气管路内气体压力的稳定,加快了天然气发动机起步或加速工况的响应速度,优化了了天然气发动机的加速力学性能。
其中,差值式减压阀1的进气管11内的气体压力Pi是由储气瓶2经过滤清后的压力,可通过设置于储气瓶2的供气管路上进气压力传感器获取,而出气管12内的气体压力Po是发动机控制单元31通过节气门位置传感器获取节气门开度信号,根据实际开度信号估算得出,具体估算方法为成熟的现有技术,本领域内技术人员通过现有技术完全可以实现,故而本文不再赘述。
另外地,本方案中电磁喷射器5的气体输入端与储气瓶2的气体输出端连通,以向电磁喷射器5提供起源。可以理解,在满足整车装配工艺要求的基础上,电磁喷射器5也可以拥有独立的供气瓶。
需要说明的是,本方案采用电磁喷射器5,利用其可电控的特点,直接使其信号接收端与天然气发动机3的发动机控制单元31的信号输出端连通,通过自动控制方式避免了因人工误操作造成的安全隐患,提高了整车的工作可靠性和安全性,且降低了驾驶员的劳动强度。当然,本方案中喷射器也可以采用手动控制喷射器,驾驶员在天然气发动机3起步或加速时,手动控制喷射器向出气管12喷射定量高压天然气。采用手动控制方式达到的有益效果与前述的电控方式相同,故而本文在此不再赘述。
进一步,如前所述,天然气发动机3的发动机控制单31元通过节气门位置传感器获取节气门开度信号,通过估算得到出气管21内的气体压力Po。为了直接获取差值式减压阀1的出气管12内气体压力Po,本方案在出气管12内设置了增压前气体压力传感器6,以获取电磁喷射器4增压前差值式减压阀1的出气管12气体压力Po的精确值。从而在简化发动机控制单元31的控制策略的基础上,消除了估算过程中造成的误差,提高了出气管12内气体压力Po的精确度,最终可实现天然气发动机瞬态加速或起步时的平稳性。
此外,本方案中所述稳压装置在差值式减压阀1的出气管12内还设置了增压后气体压力传感器7,以直接获取电磁喷射器5增压后出气管12内压力Po′。然后,天然气发动机3的发动机控制单元31,再次将增压后出气管12内气体压力Po′和进气管内压力Pi的压力差ΔP′=Pi-Po′,与差值式减压阀的标定压力差ΔPset比较,若比较结果满足ΔP′>ΔPset,则通过增大电磁喷射器5的喷射压力至Pos′,修正电磁喷射器5喷射压力Pos。这样将形成对电磁喷射器5喷射压力的闭环控制回路,可准确控制电磁喷射器5的喷射压力,从而更进一步的保证了供气管路内气体压力的稳定性,在实现加快天然气发动机3的瞬态响应速度的基础上,进一步的保证了其瞬态平顺性。
需要说明的是,出气管12内增压后的气体压力Po′,除了与电磁喷射器5的喷射压力Pos和当时出气管12内气体流量相关外,还与电磁喷射器5的入射角度有关。其中,电磁喷射器5的入射角度是指电磁喷射器5的喷射方向与出气管路的出气方向之间的夹角,由图1可知,在本方案中是指电磁喷射器5的入射角为α。
试验数据表明,电磁喷射器5的入射角α取值在30°~60°范围之间时,具有对管道内原气流干涉最弱、无回流现象、以及喷射后气体混合均匀等优点。
需要说明的是,本方案中电磁喷射器5的入射角α具体为40°。当然,在满足喷射压力需要的基础上,入射角α也可以为30°~60°范围内的任意值。
除上述稳压装置外,本发明还提供一种天然气发动机供气管路的稳压控制方法,供气管路中设有差值式减压阀1,差值式减压阀1具有进气管11和出气管12。现结合图3来详细说明所述稳压控制方法控制流程,图3为图2中稳压装置的控制流程图。所述稳压控制方法的步骤包括:
S10、判断天然气发动机3的节气门开度是否增大,若增大则进入步骤S20;
S20、向所述出气管12内喷射气体。
节气门开度增大时,可以向出气管12内喷射压力为Pos的天然气,以补偿所述出气管12内的瞬间压降,Pos为预先设定的喷气压力,具体可以通过可喷射气体的喷射器向出气管12内喷射具有预定压力的气体。当然,在满足天然气发动机3不同工况空燃比要求的基础上,本方案中亦可喷射符合压力要求的空气。当节气门增大时,可以不作调整。
天然气发动机3需要起步或加速时,驾驶员通过控制油门踏板增大节气门开度,与此同时,操控喷射器向出气管12内喷射天然气,以增大其内气体压力,使天然气发动机3内燃气量与其工况相匹配,从而加快天然气发动机3的瞬态响应速度。
为了提供上述稳压控制方法的自动控制水平,本控制方法中步骤S10具体可以包括:
获取节气门开度信号;判断当前开度值γcv和前一开度值γfv,若满足γcv>γfv条件,执行S20;否则,执行S30;
即自动化控制何时进行喷气,从而确保出气管12压力能够满足动态变化的工况需求,此时,喷气的喷射器可以采用上述实施例中所述的电磁喷射器5,电磁喷射器5与发动机控制单元31连接,以实现自动控制。此时,步骤S20可以是:发动机控制单元31输出电磁喷射器5至工作状态的切换控制信号;当节气门未增大时,可执行:
S30、发动机控制单元31内电磁喷射器5的控制模块初始化,电磁喷射器5处于非工作状态。
当然,驾驶人员可以在进行增大节气门开度后,直接启动喷气,此时为人工判断节气门是否增大,相较于此,显然,自动化控制可以简化驾驶员的操作,且能够在节气门实际增大的情况下进行喷气,防止人工误操作。人工判断时,若节气门未增大,可不作任何调整。
进一步,本方案提供的稳压控制方法中在步骤S10和步骤S20之前还可以包括:
S101、获取所述进气管11压力Pi和所述出气管12压力Po;判断两者的压力差ΔP与标定压力差ΔPset关系:若满足ΔP>ΔPset,执行S20;否则,执行S30。
通过步骤S101的设置直接获取差值式减压阀1内进出气管内气体压力,通过压差判断是否需要进行喷气,提高了稳压控制方法的控制准确度,即在节气门增大时,还需进一步判断节气门增大是否导致出气管12压力的骤降,只有实际上产生了压力的骤降,才进行喷气保压动作,从而更为科学地保证天然气发动机3工作可靠性和安全性。
此外,步骤S20之后还可以包括:
S40、获取喷气增压后的所述出气管12内气体压力Po′;判断增压后所述进气管11和所述出气管12内的压力差ΔP′与差值式减压阀的标定压力差ΔPset关系:若满足ΔP′>ΔPset条件,修正设定的喷射压力Pos至Pos′,并返回步骤S20;否则,执行S30。
通过步骤S40稳压控制方法修正了喷射压力,当喷射预定压力气体后,出气管12压力依然无法满足工况需求,则可以及时地喷入压力更大的气体,更进一步的提高了天然气发动机3内供气管路内气体压力的稳定性,从而进一步的提高了其瞬态响应速度及平顺性。
需要说明的是,上述稳压控制方法通过电磁喷射器实现差值式减压阀1出气口内压力,来保证供气管路内气体压力的稳定性为例来说明了具体的控制步骤,当然,在满足增压功能要求的基础上,本方案中的增压功能也可以采用手动喷射器,或其他增压装置。
以上所述仅为本发明的优选实施方式,并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种天然气发动机供气管路的稳压装置,包括差值式减压阀(1),所述差值式减压阀(1)的进气管(11)用于与储气箱(2)连通,出气管(12)用于与天然气发动机(3)的节气门连通,其特征在于,还包括可喷射气体的喷射器,所述喷射器的喷气口连通所述出气管(12);
所述喷射器具体为电磁喷射器(5),所述电磁喷射器(5)的信号接收端与所述天然气发动机(3)的发动机控制单元(31)的信号输出端连通;
所述发动机控制单元(31)分别获取所述进气管(11)和所述出气管(12)的气体压力Pi和Po,判断两者实际压力差ΔP大于所述差值式减压阀(1)的标定压力差ΔPset时,所述发动机控制单元(31)输出所述电磁喷射器(5)至工作状态的切换控制信号,以使电磁喷射器(5)喷射气体增压;其中,ΔP=Pi-Po。
2.根据权利要求1所述的稳压装置,其特征在于,所述出气管(12)设置有连接所述发动机控制单元(31)增压前气体压力传感器(6),以直接获取所述电磁喷射器(5)增压前的所述出气管(12)内气体压力Po。
3.根据权利要求1或2所述的稳压装置,其特征在于,所述出气管(12)还设置有连接所述发动机控制单元(31)增压后气体压力传感器(7),以获取所述电磁喷射器(5)增压后的所述出气管(12)内的气体压力Po'。
4.根据权利要求3所述的稳压装置,其特征在于,所述电磁喷射器(5)在工作状态下,所述发动机控制单元(31)分别获取所述进气管(11)的气体压力Pi,和所述出气管(12)内增压后的气体压力Po';所述发动机控制单元(31)判断两者的实际压力差ΔP'大于所述差值式减压阀(1)的标定压力差ΔPset时,调整所述电磁喷射器(5)的喷射压力Pos增大至Pos',否则,所述发动机控制单元(31)输出所述电磁喷射器(5)至非工作状态的切换控制信号,其中,ΔP'=Pi-Po'。
5.根据权利要求1所述的稳压装置,其特征在于,所述电磁喷射器(5)的喷射方向和所述出气管(12)的出气方向成角度α设置;所述角度α的取值范围为30°~60°。
6.根据权利要求5所述的稳压装置,其特征在于,所述角度α的优选值为40°。
7.一种天然气发动机供气管路的稳压控制方法,供气管路中设有差值式减压阀(1),差值式减压阀(1)具有进气管(11)和出气管(12),其特征在于,所述控制方法的步骤包括:
S10、获取节气门开度信号并判断当前开度值γcv和前一开度值γfv,若满足γcv﹥γfv条件,执行S20;
S101、获取所述出气管(12)压力Pi和所述进气管(11)压力Po;判断两者的压力差ΔP与标定压力差ΔPset关系:若满足ΔP﹥ΔPset,执行S20;
S20、向所述出气管(12)内喷射压力为Pos的天然气,以补偿所述出气管(12)内的瞬间压降,Pos为预先设定的喷气压力。
8.如权利要求7所述的稳压控制方法,其特征在于:
步骤S20之后包括:
S40、获取喷气增压后的所述出气管(12)内气体压力Po';判断增压后所述进气管(11)和所述出气管(12)内的压力差ΔP'与差值式减压阀的标定压力差ΔPset关系:若满足ΔP'﹥ΔPset条件,修正设定的喷射压力Pos至Pos',并返回步骤S20。
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