CN107387264B - 用于天然气发动机的天然气管理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于天然气发动机的天然气管理装置，包括整体铸造的呈扁平状的主体，所述主体在前侧的右端上设置有安置通断阀芯的通断阀芯安置空间和安置稳压/减压阀芯的稳压/减压阀芯安置空间，在前侧的左端上设置有安置温度控制器的温度控制器安置空间，在中间位置处设置有安置天然气过滤装置的天然气过滤装置安置空间，在上侧设置安置计量阀的安置空间、在后侧设置有安置热交换器的热交换器安置空间，以及通过机械加工形成的供天然气流通的天然气流通路径。本发明能够在保证天然气供给质量的前提下，精简了结构，降低了气阻，提高了天然气发动机的可靠性、安全性和整车驾驶的舒适性。

Description

用于天然气发动机的天然气管理装置

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，特别涉及一种用于天然气发动机的天然气管理装置。

背景技术

随着人们对环境保护的逐渐重视，绿色出行已然成为倡导的生活方式。与之密切相关的代步工具——汽车也是越来越环保化。

天然气是全球储量最大的清洁能源，用在汽车发动机上，采用火花点燃模式已得到广泛应用。目前常见天然气发动机的燃料供给系统是由多个零件串联，气管连接而成的，这种连接形式管路复杂，接头众多，结构臃肿，气流阻力大，供气响应慢，泄露风险高，安全性低。以某型号天然气发动机为例，沿天然气气流方向依次为燃气截止阀、减压器、热交换器、节温器、滤清器、计量阀等零件，管路6根，接头12处，任何一处泄露，都有很大风险。因此，传统的多零件串联的天然气处理装置已无法满足发动机安全、可靠工作的要求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种用于天然气发动机的天然气管理装置，通过减少零部件外部连接管路及连接接头的数量来有效减少天然气供给过程中的泄露点，将发动机进气侧的6个通过管路连接的零部件有机合并成一个总成，从而精简发动机布置，提高天然气管理过程的有效性，缩短气路，降低沿程阻力，提高天然气发动机的可靠性、安全性及装调的便捷性，加快整车供气的响应速度，改善驾驶体验，适应整车对天然气发动机的新要求。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于天然气发动机的天然气管理装置，其包括整体铸造的呈扁平状的主体，所述主体在前侧的右端上设置有安置通断阀芯的通断阀芯安置空间和安置稳压/减压阀芯的稳压/减压阀芯安置空间，在前侧的左端上设置有安置温度控制器的温度控制器安置空间，在上侧设置有安置计量阀的计量阀安置空间，在中间位置处设置有安置天然气过滤装置的天然气过滤装置安置空间，在后侧设置有安置热交换器的热交换器安置空间，以及通过机械加工形成的供天然气流通的天然气流通路径；所述天然气流通路径包括第一通道、第二通道、第三通道、第四通道、第五通道、第六通道、第七通道和多个喷射通道，其中，所述第一通道和所述第二通道设置在所述主体的前侧的右端，所述第一通道沿所述主体的垂直方向开设，所述第二通道沿所述主体的水平方向开设并与所述第一通道垂直相交，所述第一通道的一端与天然气供应装置连接，另一端与所述通断阀芯安置空间连通，所述第二通道的一端与所述第一通道连通，另一端与所述稳压/减压阀芯安置空间连通；所述第三通道沿所述主体的垂直方向设置在所述主体的后侧的右端，所述第四通道沿所述主体的垂直方向设置在所述主体的后侧的左端，所述第三通道的一端与所述稳压/减压阀芯安置空间连通，另一端与所述热交换器连接，所述第四通道一端与所述热交换器连接，另一端与所述温度控制器安置空间连通；所述第五通道沿所述主体的水平方向设置在所述主体的前侧的左端，所述第五通道的一端与所述温度控制器安置空间连通，另一端与所述天然气过滤装置安置空间连通；所述第六通道沿所述主体的垂直方向向上设置，所述第七通道沿所述主体的水平方向设置在所述主体的上侧，所述第六通道的一端与所述天然气过滤装置安置空间连通，另一端与所述第七通道连通，所述多个喷射通道用于连接计量阀以提供计量阀安置空间，以预定间隔沿所述垂直方向形成在所述第七通道上方并与所述第七通道连通；所述主体的上侧与用于收集所述计量阀喷射的天然气的收集腔体连接，所述收集腔体上形成与所述计量阀连接的连接孔，所述天然气供应装置提供的天然气依次通过第一通道、通断阀芯安置空间、第二通道、稳压/减压阀芯安置空间、第三通道、热交换器、第四通道、温度控制器安置空间、第五通道、天然气过滤装置、第六通道、第七通道、多个喷射通道、计量阀和收集腔体而进入天然气混合器。

可选地，所述天然气流通路径还包括与所述第七通道平行设置的第八通道，所述第八通道上形成多个所述喷射通道，所述第六通道的横截面为月牙状，以分别与所述第七通道和所述第八通道连通。

可选地，所述主体上还形成有通过机械加工形成的供冷却液流通的冷却液流通路径，所述冷却液流通路径包括第一通路、第二通路、第三通路和第四通路，所述第一通路沿所述主体的水平方向设置在所述主体的前侧的左端，所述第一通路的一端与冷却液供应装置连接，另一端与所述温度控制器安置空间连通，所述第二通路沿所述主体的垂直方向设置在所述主体的后侧的左端，所述第二通路的一端与温度控制器安置空间连通，另一端与所述热交换器连接，所述第三通路沿所述主体的垂直方向设置在所述主体的后侧的右端，所述第三通路的一端与所述热交换器连接，另一端与所述第四通路连通，所述第四通路沿所述主体的上下方向设置，一端与所述第三通路连通，另一端与发动机连接，所述冷却液依次通过所述第一通路、所述温度控制器安置空间、所述第二通路、所述热交换器、所述第三通路、所述第四通路而流入所述发动机中。

可选地，所述温度控制器安置空间设置成沿所述主体的垂直方向向外偏转25°至30°。

可选地，所述温度控制器包括依次连接的温度感应探头、封装有感应介质的温度感应腔、活塞和套设在所述活塞上的弹簧，所述温度感应探头的截面为六棱角形。

可选地，在所述天然气过滤装置安置空间上设置有安置天然气压差传感器的安装孔。

(三)有益效果

本发明提供的天然气发动机的天然气管理装置只需通过在整体铸造的主体上预留的安装位置安装通断阀芯、稳压(减压)阀芯、热交换器、温度控制器、天然气过滤装置和计量阀等结构，无需额外的安装附件，就可实现通断、稳压(减压)、加热、温控、滤清及计量功能，节约了实现这些结构的安装的连接接头和支架。此外，这些结构之间主要通过在主体上机械加工形成的机械加工孔而连通以形成天然气流通的流通路径，而不使用天然气连接管进行连接，从而节约了天然气连接管的使用数量以及完全避免了传统管路转弯时天然气流通截面积缩小的弊端，确保了天然气的通畅流通。本发明能够在保证天然气供给质量的前提下，精简了结构，降低了气阻，提高了天然气发动机的可靠性、安全性和整车驾驶的舒适性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的用于天然气发动机的天然气管理装置的整体结构示意图。

图2是本发明实施例提供的用于天然气发动机的天然气管理装置的主体的结构示意图。

图3是本发明实施例提供的用于天然气发动机的天然气管理装置的通断阀芯安置空间的剖视图。

图4是本发明实施例提供的用于天然气发动机的天然气管理装置的稳压/减压阀芯安置空间的剖视图。

图5是本发明实施例提供的用于天然气发动机的天然气管理装置的温度控制器安置空间的剖视图。

图6是本发明实施例提供的用于天然气发动机的天然气管理装置的天然气过滤装置安置空间的剖视图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明中使用的用于表述部件的布置位置的表达“左端”、“右端”、“前侧”、“后侧”、“上侧”、“中间位置”、“水平方向”、“垂直方向”和“上下方向”等是为了描述方便而相对于图纸方向而进行的，并不是限制的表述，本领域的技术人员可以根据需要而更改各部件的布置位置。

首先结合图1至图6对本发明实施例提供的用于天然气发动机的天然气管理装置进行介绍。

图1是本发明实施例提供的用于天然气发动机的天然气管理装置的整体结构示意图。图2是本发明实施例提供的用于天然气发动机的天然气管理装置的主体的结构示意图。图3是本发明实施例提供的用于天然气发动机的天然气管理装置的通断阀芯安置空间的剖视图。图4是本发明实施例提供的用于天然气发动机的天然气管理装置的稳压/减压阀芯安置空间的剖视图。图5是本发明实施例提供的用于天然气发动机的天然气管理装置的温度控制器安置空间的剖视图。图6是本发明实施例提供的用于天然气发动机的天然气管理装置的天然气过滤装置安置空间的剖视图。

如图1至图6所示，本发明实施例提供的用于天然气发动机的天然气管理装置包括整体铸造的呈扁平状的主体1，主体1在前侧的右端上设置有安置通断阀芯的通断阀芯安置空间102和安置稳压/减压阀芯的稳压/减压阀芯安置空间103，在前侧的左端上设置有安置温度控制器的温度控制器安置空间106，在上侧设置有安置计量阀的计量阀安置空间，在中间位置处设置有安置天然气过滤装置3的天然气过滤装置安置空间109，在后侧设置有安置热交换器的热交换器安置空间104，以及通过机械加工形成的供天然气流通的天然气流通路径。天然气流通路径包括第一通道401、第二通道402、第三通道403、第四通道404、第五通道405、第六通道406、第七通道407和多个喷射通道408。其中，第一通道401和第二通道402设置在主体1的前侧的右端，第一通道401沿主体1的垂直方向开设，第二通道402沿主体的水平方向开设并通过通断阀芯安置空间102与第一通道401连通，第一通道401的一端与天然气供应装置(未图示)连接，另一端与通断阀芯安置空间102连通，第二通道402的一端与通断阀芯安置空间102连通，另一端与稳压/减压阀芯安置空间103连通；第三通道403道沿主体的垂直方向设置在主体的后侧的右端，第四通道404沿主体的垂直方向设置在主体的后侧的左端，第三通道403的一端与稳压/减压阀芯安置空间103连通，另一端与热交换器连接，第四通道404一端与热交换器连接，另一端与温度控制器安置空间106连通；第五通道405沿主体的水平方向设置在主体的前侧的左端，第五通道405的一端与温度控制器安置空间106连通，另一端与天然气过滤装置安置空间109连通；第六通道406沿主体1的垂直方向向上设置，第七通道407沿主体的水平方向设置在主体的上侧，第六通道406的一端与天然气过滤装置安置空间109连通，另一端与第七通道407连通，多个喷射通道408用于连接计量阀105以提供计量阀安置空间，以预定间隔沿垂直方向形成在第七通道407上方并与第七通道407连通；主体1的上侧与用于收集计量阀喷射的天然气的收集腔体2连接，收集腔体2上形成与计量阀105连接的连接孔。天然气供应装置提供的天然气依次通过第一通道401、通断阀芯安置空间102、第二通道402、稳压/减压阀芯安置空间103、第三通道403、热交换器、第四通道404、温度控制器安置空间106、第五通道405、天然气过滤装置、第六通道406、第七通道407、多个喷射通道408、计量阀105和收集腔体2而进入天然气混合器，其中，第三通道403与热交换器自带的天然气流入接头连接，以使天然气流入热交换器中，第四通道404与热交换器自带的天然气流出接头连接，以使天然气流入温度控制器安置空间106中。

如图1中的箭头方向所示，天然气经第一通道流入，之后拐弯流入第二通道，然后经由稳压/减压安置空间稳压/减压后向上通过第三通道流入热交换器中进行热交换处理，之后经第四通道流入温度控制器安置空间中，进而通过第五通道流入天然气过滤装置中进行过滤处理，过滤处理后的天然气经第六通道分别流入第七通道中，然后通过各个喷射通道流入计量阀经计量阀控制后流入收集腔体中，进而通过收集腔体上的排出孔流入到天然气混合器中，通过参加图1中的箭头方向可知，本发明提供的天然气流通路径大致呈“中”字型，即各部件整体呈“中”字型布置，从而使得整体结构紧凑。

本发明实施例提供的天然气发动机的天然气管理装置只需通过在整体铸造的主体上预留的安装位置安装通断阀芯、稳压(减压)阀芯、热交换器、温度控制器、天然气过滤装置和计量阀等结构，无需额外的安装附件，就可实现集通断、稳压(减压)、加热、温控、滤清及计量功能，节约了实现这些结构的安装的连接接头和支架。此外，这些结构之间主要通过在主体上机械加工形成的机械加工孔而连通以形成天然气流通的流通路径，而不使用天然气连接管进行连接，从而节约了天然气连接管的使用数量以及完全避免了传统管路转弯时天然气流通截面积缩小的弊端，确保了天然气的通畅流通，从而能够在保证天然气供给质量的前提下，精简了结构，降低了气阻，提高了天然气发动机的可靠性、安全性和整车驾驶的舒适性。此外，在形成通断阀芯安置空间、稳压/减压阀芯安置空间和温度控制器安置空间时，可将这些空腔部分做成型芯，避免在铸造过程中因铝水淤积后热胀冷缩而产生缩孔、沙眼等缺陷，同时也减少机加工工序和时间。

进一步地，本发明通过整体铸造的主体的壁厚为约4-5mm，从而极大地减少了天然气管理装置的体积。在与一传统的天然气供给系统进行对比后，本发明提供的天然气管理结构体积较小，总成轮廓占发动机进气侧面积仅为传统结构的25.5％，且减少了5根天然气连接管、10个天然气管路连接接头、3个支架(用于固定零件)，使天然气发动机进气侧外观更加清爽有条理，本发明提供的装置结构中的天然气流经的路径长度大约为863mm，仅为传统结构的27％，且各天然气流通通道均为机加工孔，完全避免了传统管路转弯时天然气流通截面缩小的弊端，确保了天然气的通畅流通。经验证，相对传统的天然气供给系统，本发明提供的天然气管理结构能有效降低天然气供给过程中的沿程阻力，使天然气供给过程中的压降减少50％以上，最大限度的稳定了天然气的温度、压力等物理参数，减小天然气因物理参数变化带来的密度波动，进而提高了天然气的计量精度和发动机的响应速率，是一个功用齐全、结构紧凑、安全可靠的一体化结构。

进一步地，在本发明的一个实施例中，天然气流通路径还包括与第七通道407平行设置的第八通道406，第八通道406上形成有多个喷射通道，第六通道406自天然气过滤装置沿主体1的垂直方向向上设置，横截面可为月牙状，以分别与第七通道和第八通道连通。即，第七通道407和第八通道406并排横向设置在主体1的上侧，且分别在上侧形成有与自身贯通的多个喷射通道。喷射通道的数量和计量阀的安装数量可根据发动机的具体排气量来设置，在一个示例中，可在第七通道和第八通道上各形成6个喷射通道，供12个喷射通道，然后每个喷射通道上都安装一个计量阀，以满足排量为11L～13L发动机的天然气供给需求。

收集腔体2的下端突出形成有与计量阀相连接的对应的连接孔以及在上端形成一个排出孔，这样，通过计量阀105计量后所喷射的天然气经过各连接孔进入收集腔体2的收集空间中混合，然后通过排出孔排出流入到天然气混合器中以与空气进行混合燃料，以提供发动机所需能量。收集腔体2的两端可通过螺栓固定连接在主体1的上侧。

进一步地，主体1上还形成有通过机械加工形成的供冷却液流通的冷却液流通路径，冷却液流通路径包括第一通路501、第二通路502、第三通路503和第四通路504。第一通路501沿主体1的水平方向设置在主体的前侧的左端，第一通路501的一端与冷却液供应装置连接，另一端与温度控制器安置空间106连通，具体与温度控制器安置空间106的下部连通，第二通路502沿主体的垂直方向设置在主体1的后侧的左端，第二通路502的一端与温度控制器安置空间106连通，具体与温度控制器安置空间106的底部连通，另一端与热交换器连接，第三通路503沿主体的垂直方向设置在主体的后侧的右端，第三通路503的一端与热交换器连接，另一端与第四通路504连通，第四通路504沿主体的上下方向设置，一端与第三通路连通，另一端504与发动机(未图示)连接。冷却液依次通过第一通路501、温度控制器安置空间106、第二通路502、热交换器、第三通路503、第四通路504而流入发动机中。其中，第一通路501通过连接接头107而与冷却液连接管连接，以实现冷却液的流入温度控制器安置空间中，第二通路502与热交换器自带的冷却液流入接头连接，而实现将冷却液流入热交换器中，第三通路503与热交换器自带的冷却液流出接头连接，而实现将冷却液从热交换器中流出，第四通路504通过连接接头110而与冷却液连接管连接，以实现冷却液流入发动机中。

综上可知，在本发明中，天然气流通路径和冷却液流通路径都是通过在整体铸造形成的主体上通过在相应位置沿水平或者垂直方向钻孔而实现的，从而能够减少连接管的数量和降低流动阻力。

进一步地，温度控制器安置空间106设置成沿主体的垂直方向向外偏转预定角度α，如图5所示，优选α可为25°至30°，更优选，α为25°。通过将温度控制器安置空间106设置成沿主体的垂直方向向外偏转预定角度，既方便了温度控制器安置空间106在加工时刀具的进退，也避开了从温度控制器安置空间106后上方横向穿过的天然气气道，实现了横竖两条天然气通道(第四通道和第五通道)的空间交错流通。

在本发明的一个实施例中，安置在温度控制器安置空间106的温度控制器可包括依次连接的温度感应抬头、封装有感应介质的温度感应腔、活塞和套设在活塞上的弹簧，温度感应探头的截面为六棱角形，这样，可通过六角螺母来实现温度控制器的安装。温度控制器通过感温探头感受加热后的天然气的温度来控制与天然气交换热量的冷却液的流量，当天然气温度较高时，温度感应腔的感应介质如石蜡会发生膨胀，从而推动与之连接的活塞向下移动，缩小或关闭冷却液流通通道(第二通路502)，使天然气与冷却液的热交换量降低或关闭，从而使得天然气温度降低。当天然气温度较低时，温度感应腔的感应介质如石蜡会发生冷缩，拉动与之连接的活塞向上移动，增大冷却液流通通道，使天然气与冷却液的热交换量增加，从而使得天然气温度升高。由于温度控制器安置空间106内充盈的介质只有天然气，因此避免了外界环境温度及其他介质对天然气温控单元温度感应探头的干扰，使温度感应更加准确。

进一步地，在天然气过滤装置安置空间109上设置有安置天然气压差传感器的安装孔108，天然气压差传感器用于检测天然气过滤前后的压力差，当过滤前后压力差值超过原始设定值(如1KPa)时，能通过压差传感器传输信号到ECU，进而通过仪表盘显示或报警声提醒驾驶员更换滤芯，确保整车动力性。

需要说明的是，本发明中使用的通断阀芯、稳压/加压阀芯、热交换器、天然气过滤装置、计量阀等部件可均为现有的常规结构，只要能够实现天然气的通断功能、稳压/减压功能、加热功能、过滤功能和计量功能即可，这些部件可通过螺接的方式而安装在主体上的相应位置处。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于天然气发动机的天然气管理装置，其特征在于，包括整体铸造的呈扁平状的主体，所述主体在前侧的右端上设置有安置通断阀芯的通断阀芯安置空间和安置稳压/减压阀芯的稳压/减压阀芯安置空间，在前侧的左端上设置有安置温度控制器的温度控制器安置空间，在上侧设置有安置计量阀的计量阀安置空间，在中间位置处设置有安置天然气过滤装置的天然气过滤装置安置空间，在后侧设置有安置热交换器的热交换器安置空间，以及通过机械加工形成的供天然气流通的天然气流通路径；

所述天然气流通路径包括第一通道、第二通道、第三通道、第四通道、第五通道、第六通道、第七通道和多个喷射通道，其中，所述第一通道和所述第二通道设置在所述主体的前侧的右端，所述第一通道沿所述主体的垂直方向开设，所述第二通道沿所述主体的水平方向开设并与所述第一通道垂直相交，所述第一通道的一端与天然气供应装置连接，另一端与所述通断阀芯安置空间连通，所述第二通道的一端与所述第一通道连通，另一端与所述稳压/减压阀芯安置空间连通；所述第三通道沿所述主体的垂直方向设置在所述主体的后侧的右端，所述第四通道沿所述主体的垂直方向设置在所述主体的后侧的左端，所述第三通道的一端与所述稳压/减压阀芯安置空间连通，另一端与所述热交换器连接，所述第四通道一端与所述热交换器连接，另一端与所述温度控制器安置空间连通；所述第五通道沿所述主体的水平方向设置在所述主体的前侧的左端，所述第五通道的一端与所述温度控制器安置空间连通，另一端与所述天然气过滤装置安置空间连通；所述第六通道沿所述主体的垂直方向向上设置，所述第七通道沿所述主体的水平方向设置在所述主体的上侧，所述第六通道的一端与所述天然气过滤装置安置空间连通，另一端与所述第七通道连通，所述多个喷射通道用于连接计量阀以提供计量阀安置空间，以预定间隔沿所述垂直方向形成在所述第七通道上方并与所述第七通道连通；

所述主体的上侧与用于收集所述计量阀喷射的天然气的收集腔体连接，所述收集腔体上形成与所述计量阀连接的连接孔，

所述天然气供应装置提供的天然气依次通过第一通道、通断阀芯安置空间、第二通道、稳压/减压阀芯安置空间、第三通道、热交换器、第四通道、温度控制器安置空间、第五通道、天然气过滤装置、第六通道、第七通道、多个喷射通道、计量阀和收集腔体而进入天然气混合器。

2.根据权利要求1所述的天然气管理装置，其特征在于，所述天然气流通路径还包括与所述第七通道平行设置的第八通道，所述第八通道上形成多个所述喷射通道，所述第六通道的横截面为月牙状，以分别与所述第七通道和所述第八通道连通。

3.根据权利要求1所述的天然气管理装置，其特征在于，所述主体上还形成有通过机械加工形成的供冷却液流通的冷却液流通路径，所述冷却液流通路径包括第一通路、第二通路、第三通路和第四通路，所述第一通路沿所述主体的水平方向设置在所述主体的前侧的左端，所述第一通路的一端与冷却液供应装置连接，另一端与所述温度控制器安置空间连通，所述第二通路沿所述主体的垂直方向设置在所述主体的后侧的左端，所述第二通路的一端与温度控制器安置空间连通，另一端与所述热交换器连接，所述第三通路沿所述主体的垂直方向设置在所述主体的后侧的右端，所述第三通路的一端与所述热交换器连接，另一端与所述第四通路连通，所述第四通路沿所述主体的上下方向设置，一端与所述第三通路连通，另一端与发动机连接，所述冷却液依次通过所述第一通路、所述温度控制器安置空间、所述第二通路、所述热交换器、所述第三通路、所述第四通路而流入所述发动机中。

4.根据权利要求1所述的天然气管理装置，其特征在于，所述温度控制器安置空间设置成沿所述主体的垂直方向向外偏转25°至30°。

5.根据权利要求1所述的天然气管理装置，其特征在于，所述温度控制器包括依次连接的温度感应探头、封装有感应介质的温度感应腔、活塞和套设在所述活塞上的弹簧，所述温度感应探头的截面为六棱角形。

6.根据权利要求1所述的天然气管理装置，其特征在于，在所述天然气过滤装置安置空间上设置有安置天然气压差传感器的安装孔。