CN103261648B - 自推进气体系统中的气化和减压器装置 - Google Patents

Abstract

具有气体燃料发动机，尤其是LPG的自推进系统中的气化器/减压器装置包括主体，其中制造有：与处于压力下的流体箱连通的流体的入口通道和连接到公共事业公司的在所需压力下的气体的出口通道；与所述入口通道关联的流体的切断装置；气化回路，其制造在所述主体的第一部分中且包括热交换器，所述热交换器能够在气化管道中将进入的流体转化成气态使其适于给引擎供燃料；和供应气体的压力的调节器级，其容置在所述主体的第二部分中，在所述气化回路的下游。所述调节器级包括活塞压力调节器。放置在所述气化管道和所述气体的出口通道之间的阀座的密闭器主体操作性地连接到所述活塞，其连接方式使得所述密闭器主体取决于存在于所述出口管道中且作用于所述活塞上的气体的压力值来打开或闭合所述阀座。

Description

自推进气体系统中的气化和减压器装置

技术领域

本发明涉及一种具有气体燃料发动机，尤其使用LPG(液化石油气)，的自推进系统中的气化器/减压器装置。

已被知晓一段时间的是机动车辆中的变速系统的安装也能够通过液化石油气给所述发动机供燃料，由此产生混合燃料系统。已知类型的系统一般由呈液态的气体箱、在适当压力下将LPG转化成气态用于给引擎供燃料的气化器/压力调节器以及利于所述箱的填充和整个系统的最佳功能的一组管道和有关附件来组成。

现有技术的状况

如部门专家所熟知，压力调节器是用于气体燃料引擎的系统的根本元件。压力调节器必须确保以所需量且在所需压力下供应气体燃料。特定来说，必须：

-在面临输入压力的逐步压力变量和突然变量的情况下使来自压力调节器的输出压力都保持恒定；

-当引擎不需要燃料时(举例而言)通过切断阀来阻断燃料供应；

-根据引擎需要来确保灵敏度和快速供应。

压力调节器的灵敏度和精确度对于喷射引擎的燃料系统的适当运行是重要的，必须仔细地配量供应到引擎的燃料量。

已知具有弹性薄膜的一级、二级和三级减压调节器。这类调节器包括第一级，其包括通过第一阀与燃料箱连通的第一腔室，第一腔室的内表面的一部分由第一弹性薄膜形成。如同第一级，随后级也包括腔室，其中内表面的一部分由弹性薄膜形成。在所述级之间一般存在流体与加热气体之间的热交换区域。

因此构想的气化器/压力调节器呈现各种缺点。首先，在系统的启动阶段，由于加压气体的连通管道通常是很窄的管道，例如不允许在调节腔室中完成即时压力补偿的事实，所以喷射轨中可能存在有害过压。然而，需要在压力下的气体的连通管道的减小直径来保护弹性薄膜不会泄漏且因此减小直径是使用所述元件的调节器/气化器的典型特性。

具有薄膜的传统调节器的另一问题是其在薄膜振动的整个过程中无法保证调节压力的足够恒定的响应。事实上，后者在其最大振动点具有更大硬度，结果是在应用中强调了减小薄膜直径(小型化调节器)。

传统弹性薄膜调节器的另一缺点是从坚固性和可靠性的观点出发，其性能在最新一代喷射系统中降低了，其中典型的是发生十分严重的过压、震动和切断达一定程度使得传统薄膜调节器无法快速补偿。在具有这些减压器的情况下，尤其是与用户的大型和快速需求有关，会导致对引擎的灵敏度和供应速度降低需求。

薄膜调节器的另一缺点是需要维护；事实上，在薄膜遭受对其寿命的极大限制的极端流体动力状况下迫使其在车辆的特定英里数之后需更换和/或需要进行对调节压力的手动重新校准。

薄膜气化器/调节器的另一缺点是其通常具有大尺寸和重量使得其不便于安装在车辆中。

发明的目的

本发明的目的是制造一种能够至少部分解决上述问题的气化器/压力调节器。特定来说，本发明的任务是：

-在系统的启动阶段防止喷射轨中的过压；

-提高可靠性和对由最新一代系统造成的过压、切断和震动的抗性；

-在移动元件振动的整个过程中在调节压力的恒定性方面提高性能；

-避免昂贵的维修操作；

-提供易于且便于安装且因此具有减小的尺寸和重量的装置。

由气化器/减压器装置达到所述目的，所述装置包括主体，其中制造有：与加压流体箱连通的流体的入口通道和用于在所需压力下向公共事业公司递送气体的出口通道；与入口通道接合的流体的切断装置；气化回路，其制造在所述主体的第一部分中且包括热交换器，所述热交换器能够在气化管道中将进入的流体转化成气态使其适于给引擎供燃料；和供应气体的压力的调节器级，其容置在所述主体的第二部分中且在所述气化回路的下游。

调节器级包括活塞压力调节器，其中活塞可在制造在主体的所述第二部分的各自活塞座中平移，其受到由存在于出口通道中的气体施加的向前推力且受到由取决于所需输出压力校准的弹性反差装置施加的向后推力。

放置在气化管道和气体的出口通道之间的阀座的密闭器主体操作性地连接到活塞，其连接方式使得所述密闭器主体取决于存在于出口管道中且作用于活塞上的气体的压力值来打开或闭合所述阀座。

由于使用活塞压力调节器，所以加压气体流入的管道的直径可制成来立即补偿调节腔室(更精确地是活塞座的前腔室)中的压力，从而实现密闭器的快速闭合且在系统的启动阶段期间防止喷射轨中的有害过压。

活塞调节器还在活塞振动的整个过程中确保调节压力的足够恒定的响应。

由于这些特性，在其中发生震动、过压和切断的最新一代喷射系统中，活塞调节器确保对引擎要求的更快速且灵敏的响应和更大坚固性和可靠性。

此外，调节活塞在车辆的特定英里数之后不需要更换，从而避免了维修操作。另外，随着时间过去保证了高且实际上恒定的性能，且在相同环境条件下在车辆的100,000km英里数之后输出电压的变量最大值等于3％。

活塞比薄膜需要更少空间来容置，且因此可能实现更小、更轻的气化器/调节器。

附图简述

将更易于从下文纯粹举实例给出的本发明的一个实施方案的描述来理解本发明。在这个描述中，将参考随附指示性且非限制性图式，其中：

图1示出了根据本发明的压力调节器/气化器的侧视图；

图2是从装置上方所示的平面图；

图3是装置的端视图；

图4是沿着图3中的线A-A的装置的纵剖面；

图5是示出根据本发明的装置(“R.活塞Emer”)和市场上存在的主要薄膜调节器在输出气体的压力方面的对比表；从这个表会明白本发明的输出压力的稳定性，压力变量(△P)低于弹性薄膜调节器；和

图6是示出根据本发明的装置(“R.活塞Emer”)和市场上存在的主要薄膜调节器在温度方面的对比表。在最恶劣条件下，输出气体的温度高于薄膜调节器，由此确保不会发生造成严重渗碳问题的气体的重新液化。所述表还示出了交换器的效率，输入温度和输出温度的温差大于薄膜调节器中的温差。

具体实施方式

如所示，本文提出的装置包括主体100，其主要沿着主轴X延伸且通过耦合至少第一部分1、气化器和第二部分2、压力调节器(由图1中的B-B示出其分离线)来获得。主体100总体呈平行六面形且无论如何都极小。

入口通道8制造在第一部分1中，第一部分1连接到未示出且优选呈液态的加压气体箱；出口通道6制造在第二部分中，出口通道6(举例而言)通过插入密封垫圈38而附接到主体的连接器来连接到公共事业公司。

在一个实施方案中，主体100的第二部分2由主要部分2a和闭合底板2b形成。主体的三个部分1、2a、2b通过螺丝钉11组装成夹层结构。

第一部分1主要执行气化功能且因此称为气化器；这个第一部分1实质上呈单片且承载或容置装置的功能元件的一部分，在所示的实例中，所述功能元件包括电磁阀、气化回路、水的转接回路和温度传感器。

第二部分2主要执行调节压力的功能且因此包括至少一个压力调节器级。在一个实施方案中，所述第二部分2以及所述调节器级还包括至少一个过压阀9且此外还包括连接器7，其用于与引擎的进气歧管耦合。

入口通道8与制造在能够拦截进入流体的流动的电磁阀3的入口处的储存腔室16连通。在入口通道8与储存腔室16之间可存在过滤器，其因此在装置的全部功能元件的上游来保护所述功能元件中不会进入有害杂质或固体微粒。

电磁阀3具有螺纹连接器14，其因插入密封垫圈15而螺合到主体的第一部分1上。电磁阀3包括承载密闭器23的控制活塞19。这后者被轴向导向且与圆锥形座24关联，其在圆锥形座24上起闭合的作用。控制活塞19容置在电磁阀的电磁核心中且可在其中轴向移动。反差弹簧20与控制活塞19关联且趋于通常将其推动到闭合位置，且密封垫圈在圆锥形座24上。

电磁阀3是这样使得当电磁未激发时，反差弹簧20使控制活塞19保持在闭合位置，由此拦截来自箱的流体的流动。电磁阀3仅可通过给电磁供电才打开。因此控制活塞19向后移位并且打开圆锥形座24。

与电磁阀3关联的圆锥形座24使储存腔室16与拦截管道17连通。当所述圆锥形座24打开时，已经集中在与入口通道8连通的储存腔室16中的流体流出到拦截管道17中。所述拦截管道17倒空成气化管道18。后者具有比拦截管道17明显更大的体积以便容许呈液相的气体的快速膨胀。在管道高温下的这个体积差容许LPG的状态完全转化成气相。

举例而言，拦截管道17的直径是1mm至4mm。气化管道18的直径和拦截管道17的直径的比是2至6。

气化管道18的出口与密闭器座21连通，密闭器主体27放置在密闭器座21中且在其中滑动。举例而言，所述密闭器主体沿着或平行于装置主体的主轴X滑动。

密闭器主体27操作性地连接到压力调节器活塞29、被容置以便在制造在主体100的第二部分2中的各自活塞座32、33中滑动。举例而言，甚至是所述调节器活塞29也沿着或平行于装置的主体100的主轴X滑动。特定来说，在优选实施方案中，密闭器主体27和调节器活塞29相互同轴。在一个实施方案中，密闭器主体27和调节器活塞29通过校准连接销36机械地连接。

调节器活塞29将活塞座32、33分成前腔室32和后腔室33。在后腔室33中，容置有反差弹簧30，其会趋于将活塞推动到向前位置中，即朝向密闭器主体27。所述反差弹簧30取决于气体的所需输出压力来校准。

前腔室32还被称为补偿腔室，因为这是其中气体作用在活塞上使得后者自身在所需气体输出压力下与反差弹簧30平衡的腔室。

在密闭器主体27的密闭器座21和调节器活塞座29的前腔室32之间存在气体输出腔室31，其制造在主体的第二部分2中。所述输出腔室31通过由密闭器主体27控制的阀座27’而与密闭器座21连通且通过调节通道35而与调节器活塞座29的前腔室32连通。这个出口腔室31流出到出口通道6中。

在装置不运行的情况下，密闭器座21与出口腔室31之间的阀座27’打开，因为调节器活塞29由于反差弹簧30的力而保持在向前位置，换句话说，与界定前腔室32的壁接触。活塞29可在其座32、33内轴向移动，其由自润滑材料制成的专用滑动夹34导向。为了防止气体从前腔室32自由流动到后腔室33，唇式封装密封件37适配在活塞29周围。

在一个实施方案中，密闭器主体27因由反差弹簧26施加的力而持续移动，所述反差弹簧26容置在密闭器座21中，优选地制造在装置主体的第一部分1中。在装置不运行的情况下，密闭器主体27自身不处于闭合位置，换句话说，与其阀座27’分开，被调节器活塞29推动到向后位置(相对于阀座27’)中，更确切地说，由于反差弹簧30的作用而处于前向位置。在这种情况下，密闭器主体27容许气体从密闭器座21流动到出口腔室31，所述出口腔室31与出口通道6连接且与活塞座的前腔室32连接。

因此，在启动装置之后，气体从密闭器座21传送到出口腔室31且通过调节器通道35从出口腔室31传送到前腔室32。气体积累在所述前腔室32中而将调节器活塞移动朝向向后位置，直到用弹簧30的力达到压力平衡，其被适当地定尺寸以便供应输出所需压力。在这个平衡情况下，调节器活塞29自身在其座内处于中间位置；因此其上适配有密封垫圈28的密闭器主体27也移动朝向向前位置，从而闭合阀座27’。

移动部分的这种运动学运动容许在密闭器主体27与相关密封阀座27’之间找到适当间隙，由此在引擎运行范围的整个过程中确保所需的恒定压力下的气体流动来给引擎供燃料。

在一个实施方案中，由活塞29和密闭器主体27的反差弹簧30和26分配的负荷之间的比等于13％±40％。

活塞29的直径和密闭器27的密封阀座27’的直径之间的比等于值8±3。

活塞29可以具有轻量合金或加固的技术聚合物来减小其相关重量，由此减小惯性且因此提高系统的动力。所述材料确保了安装在具有涡轮引擎的车辆中的调节器的卓越性能，所述涡轮引擎需要调节器的快速供应变量，这会造成较不具抗性的材料的泄漏，诸如弹性薄膜所使用的材料。

活塞调节原理确保了尤其是具有涡轮引擎的车辆中所需的提高的闭合动力。所述动力因补偿腔室32的减小的体积而部分实现，补偿腔室32受到调节器装置的移动的影响。举例而言，这个腔室32的体积等于活塞29的直径乘以所述直径的1/14±1/22。在一个实施方案中，调节器管道35使所述腔室与直径等于1.5mm±1mm的出口腔室31连通。

在主体100的第一部分1中，除了存在流体的气化管道18之外，还存在加热管道39，加热流体(例如水/乙二醇39)流过加热管道39。所述加热流体在入口连接器4与出口连接器5之间流动，举例而言，其遵循图4中的箭头方向(或相反方向)，从而确保了气化器的加热。

入口连接器4和出口连接器5因插入各自密封垫圈22而附接到主体100。加热管道39制成为与气化管道18“交叉”，从而确保了加热的均匀性且因此确保了热交换器的更大效率；应强调这种热扩散确保了流体呈完全气态到达密闭器座21。

在一个有利实施方案中，具有连接器40的温度传感器10定位在主体的第一部分1中以便通过嵌入在加热管道39中的传感元件来监测加热流体的温度。需要这个水温信息，因为其决定能够确保在气化管道18内实现完全气化的气化器效率的最小等级。

在气化器和调节器级之间的接合处，换句话说，在主体的第一部分和第二部分之间，加热管道39形成螺旋管形区段39’，其也能够将热充分传输到主体的第二部分2，换句话说，传输到压力调节器，由此避免了气体温度过度下降而随后造成液化的可能性。

应注意热交换器可在其长度和穿过的通道数量上调整其热交换作用，以便被规划来满足其所安装的车辆引擎的各自需求。热交换器管道被定位使得在其回路中形成45°±20°角来确保热交换器的较大效率，这对于流体的完全气化是重要的。举例而言，已经发现输入水和输出水之间的温差等于10℃±6℃。

在一个实施方案中，气化管道18具有螺旋管形部分，其与主体部分1和2之间的接合处的距离是0mm至30mm。密闭器主体和相关密封座与水/乙二醇螺旋管形区段39’同轴，不确定性为2mm±30％。

有利地，过压阀9可放置成与出口腔室31连接，即与压力调节器的出口连接，来保护装置下游的器件，尤其是喷射器。

连接到主体的底部闭合板2b的连接器7能够使调节器活塞座的后腔室33与引擎的歧管进气口流体连通。所述连接确保了参考引擎的进气歧管中存在的压力/负压供应的气体的正确压力值。

实质上，来自箱的流体通过入口通道流动到装置，且当电磁阀按要求打开时流动到气化管道中，其中流体转化成气态。接着，通过将其压力调节到给下游的引擎供正确燃料所需的值而使气体传送到压力调节器。

图5和图6示出了本发明涉及的调节器和市场上存在的主要薄膜调节器的对比。获得涵盖混合城市道路-公路回路的数据以便尽可能以驾驶情况的变化范围来反映。

图5示出了输出电压的稳定性：根据本发明的调节器的负压和正压变量(△P)绝对值低于弹性薄膜调节器的变量绝对值。

图6示出了根据本发明的装置的热交换器的提高效率。在装置运行的最恶劣条件下，即在最大动力要求下，输出气体的温度高于从薄膜调节器/气化器输出的气体的温度且高于会使流体气化失败的限制值。这确保不会发生造成引擎的严重渗碳异常的气体的重新液化现象，这种现象在具有薄膜的传统类型调节器的情况下会发生。

热交换器的效率还可从自管道的入口4到出口5的水的温差(图6中的△T水)知晓。较大温差意谓加热流体到燃料流体已经产生较大热量，造成了所需蒸发。

Claims (24)

1.一种用于具有气体燃料发动机的自推进系统的气化器和减压器装置，其包括：

-主体，其中制造有与在压力下的流体箱连通的流体的入口通道和用于在所需压力下向公共事业公司递送气体的出口通道；

-与所述入口通道关联的所述流体的切断装置；

-气化回路，其制造在所述主体的第一部分中且包括热交换器，所述热交换器能够在气化管道中将进入的所述流体转化成气态使其适于给引擎供燃料；

-供应气体的所述压力的单个调节器级，其容置在所述主体的第二部分中且在所述气化回路的下游，所述调节器级包括活塞压力调节器，其中所述活塞可在制造在所述主体的所述第二部分中的各自活塞座中平移，其受到由存在于所述出口通道中的所述气体施加的向前推力且受到由取决于所需压力校准的弹性反差装置施加的向后推力；放置在所述气化管道和所述气体的所述出口通道之间的阀座的密闭器主体操作性地连接到所述活塞，其连接方式使得所述密闭器主体取决于存在于所述出口管道中且作用于所述活塞上的所述气体的压力值来打开或闭合所述阀座。

2.根据权利要求1所述的气化器和减压器装置，其中如果所述出口通道中的所述气体的所述压力低于预定义值，那么所述活塞由所述弹性反差装置推进到向前位置中，其中要求所述密闭器主体打开所述阀座，且其中如果所述出口通道中的所述气体的所述压力高于所述预定义值，那么所述活塞由所述气体的所述压力推进到向后位置中，其使得所述密闭器主体能够闭合所述阀座。

3.根据权利要求2所述的气化器和减压器装置，其中所述密闭器主体可在与所述气化管道连通且与所述活塞座同轴的各自密闭器座中平移，且受到弹性反差装置影响来闭合所述阀座。

4.根据权利要求3所述的气化器和减压器装置，其中所述密闭器主体通过连接销机械地连接到所述活塞。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的气化器和减压器装置，其中所述活塞座的后腔室与所述引擎的歧管进气口流体连通。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的气化器和减压器装置，其中所述切断装置沿着连接所述入口通道与所述气化管道的拦截管道放置，且其中所述气化管道具有大于所述拦截管道的体积以便容许进入流体膨胀到气态。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的气化器和减压器装置，其中所述热交换器包括用于制造在所述主体的所述第一部分中且穿过所述气化管道至少一次的加热流体的管道。

8.根据权利要求7所述的气化器和减压器装置，其中所述加热流体管道在所述气化管道和所述调节器级之间形成螺旋管形区段以便也将其热量传输到所述调节器级。

9.根据权利要求8所述的气化器和减压器装置，其中所述密闭器主体和所述阀座与用于所述加热流体的所述管道的所述螺旋管形区段同轴。

10.根据权利要求1-4中任一项所述的气化器和减压器装置，其中所述切断装置包括附接到所述主体的至少一个电动阀。

11.根据权利要求5所述的气化器和减压器装置，其中所述主体由相互组装且分别对应于所述主体的所述第一和第二部分的至少两部分形成。

12.根据权利要求11所述的气化器和减压器装置，其中所述主体包括底板，所述底板在背部闭合所述活塞座且承载用于所述活塞座的所述后腔室与所述引擎的所述歧管进气口的流体连通的连接器。

13.根据权利要求1-4中任一项所述的气化器和减压器装置，其中全部下游装置的保护过滤器接合到所述入口通道。

14.根据权利要求1-4中任一项所述的气化器和减压器装置，其还包括接合到所述出口通道的至少一个过压阀。

15.根据权利要求6所述的气化器和减压器装置，其中所述拦截管道的直径是1mm至4mm。

16.根据权利要求6所述的气化器和减压器装置，其中所述气化管道的直径和所述拦截管道的直径的比是2至6。

17.根据权利要求1-4中任一项所述的气化器和减压器装置，其中由所述调节器活塞和所述密闭器主体的反差弹簧分配的负荷之间的比等于13％±40％。

18.根据权利要求1-4中任一项所述的气化器和减压器装置，其中所述调节器活塞的直径和所述密闭器阀座27的直径之间的比等于值8±3。

19.根据权利要求18所述的气化器和减压器装置，其中所述调节器活塞的前腔室的体积等于所述活塞的直径乘以所述直径的分数1/14±1/22。

20.根据权利要求19所述的气化器和减压器装置，其中所述调节器活塞的所述前腔室通过直径为1.5mm±1mm的调节管道而与所述出口通道连通。

21.根据权利要求1-4中任一项所述的气化器和减压器装置，其中所述热交换器包括被定位使得在其回路中形成45°±20°角的管道来确保所述热交换器的效率，这对于所述流体的完全气化是重要的。

22.根据权利要求1-4中任一项所述的气化器和减压器装置，其中加热流体在所述热交换器中循环，其在所述热交换器的入口和出口之间的温差是10℃±6℃。

23.根据权利要求1至4中任一项所述的气化器和减压器装置，其中所述气化管道具有螺旋管形部分，其与所述装置主体的所述第一和第二部分之间的接合处的距离是0mm至30mm。

24.根据权利要求1-4中任一项所述的气化器和减压器装置，其中所述气体燃料发动机通过使用LPG来供应燃料。