CN1236060A - 供气调节系统 - Google Patents

Abstract

一种供气调节系统,用于调节从供气贮罐到需气装置间的供气,其一级平衡阀的阀室22内装有滑阀20;由响应装备控制该第一室2中压力稳定,避免供气贮罐从高压到低压之间压力变化时,压力P1也随之变化;当供气量达到极限时,由控制阀25将第一区域5和第二区域7连通,使两室的气压平衡,以关闭该第一出口13供气;本调节系统适用于气体燃料发动机、由柴油机改装成使用气体燃料的内燃机及其它如热气体供给装置和压力调节装置上。

Description

供气调节系统

本发明涉及一种供气调节系统，特别是、但不仅是涉及一种内燃机用CNG供气调节装置。

现有的气体调节器在向内燃机供给准确稳定的燃气和燃料方面，或者费用太高，或者效果差。最普遍的问题是气体输入压力在从高压(贮气罐充满时)到低压(贮气罐几乎空竭时)范围内变化时，该燃气调节器的输出压力控制不准确。由于输出压力控制不准确，当输入压力变化时，由调节器输出的燃气量也发生变化。这种不良控制直接影响例如被供气的发动机的性能。已知的解决上述问题的最简单的方法是采用最少为三级减压，但这种方法比两级减压费用昂贵很多，并且也很复杂。

本发明目的是提供一种供气调节系统，该系统在一个相当宽的气体输入压力范围内，能提供准确稳定的气体输出压力。

据此，本发明的第一方面包括供气调节装置，用于调节从压力贮罐到需气装置之间的供气，所述供气调节装置具有或包括：

(1)第一室，通过进气阀接收气体，所述第一室通过第一室隔膜、活塞或其它的外围变化装备可将第一室的容积改变。

(2)第二室，从上述第一室接收气流至第二室的第一区域，该第二室包括两个隔开的区域，即第一区域和第二区域，分隔该第二室成两个区域用的装备可以移动，从而影响该第二室的两个区域各自的容积。

(3)第三室，所述第三室可通过第三室隔膜、活塞或其它外围变化装备改变其容积，该第三室可接收来自第二室第一区域的气流。

本发明的第二方面包括用于调节进气的或用于供气调节装置上的一个一级平衡阀，它包括：

形成一个室的装备，该室具有进气口和出气口；

封闭装备，该封闭装备可为滑阀，能在上述的进气口和出气口之间完全地封闭该气流；

偏移装备，可以移动上述滑阀装备，使其处于没有完全封闭该气流的状态；及响应装备，对气体出口压力起响应的装备(受气体出口要求影响)，以出口压力作用于封闭件上，以影响封闭件的运动，其结构和布置方式为：作用在所述室中封闭件上的气压，其作用在所述封闭件上的一气压×面积的力，该力被相反方向的气压×面积的力完全抵消，从而使封闭装备主要为所述的偏移装备和受气体出口压力影响的响应装备的作用而移动。

本发明的另一方面是提供一供气调节装置，在其第二室的第一区域和第二区域之间，具有一控制通道，由一个控制阀来控制该气流从中通过，当气流流出所述装置达到极限时，所述的控制阀开启，使两个区域内的压力平衡。

本发明也可概括其要点在于：在本申请说明书中单独或共同指明的或涉及的各部件、元件、特点，和任一个或所有任何两个或以上的所述部件、元件或特点的组合，凡具体的组合整体，具有如本申请所述的本技术领域中与本发明有关的等同物，该等同物就像单独地提出一样，应包括在本申请范围内。

本发明包括上述内容和下列实施例中的设想结构。

参阅下列附图来介绍本发明一种优选形式的实施例，附图简要说明如下：

图1所示为本调节器的优选形式，调节器处于用气装置不需供气时的位置；

图2所示为图1的调节器处于向用气装置供给低气量时的位置；

图3所示为图1的调节器处于向用气装置供给高气量时的位置；

图4所示为一级平衡阀，用于一级压力调节；

图5所示为使用已知压力调节器时，与贮存压力变化有关的一级压力变化图；

图6所示为控制通道开启时本发明情况；

图7所示为该气体调节装置在连接使用时的工艺流程图；

图8所示为另一种结构的第二室压力变化装备；

图9所示为本发明中电磁控制阀的详图。

图10所示为通常采用的由出口压力控制的已知阀的构造；

图11所示为速度控制装置；

图12所示为本发明装置的一级平衡阀的优选结构详图；

图13所示为图12中一级平衡阀的局部平面视图；

本发明的优选形式的气体调节装置与贮存气体的气体供应罐相联或可以相联。本发明的装置可用于各种气体需求装置的供气，特别是本发明可用于由歧管真空操纵的内燃机的气态燃料供应；虽然优选气体为CNG，但一位本领域普通技术人员会懂得本发明的气体调节装置也将适用于其它气体。

下面的气体调节装置的操作和描述将与内燃机一起叙述，但一个本技术领域的普通的技术人员将会把本发明装置应用于其它的气体需求装置。

气体调节装置在压力Pr下从气体供给罐中接收气体，然后在压力Pd下，将气体送入发动机，如图7所示。

本发明的调节器为一个两级调节器，它可在很大范围内的输入气压Pr下，提供一个恒定的气体出口压力Pd。工作压力范围为200巴～10巴以下。

在压力Pr下，从气体供给缸中接收的气体经过进气阀1进入第一室2，如图1所示。第一室2为一容积可变的室，其容积由第一室的隔膜3调节。第一室2的容积变化也可由活塞和汽缸机构或任何其它适用的装备来调控。进入第一室2的气流由第一室内的压力P1决定。图4为进气阀1的详细图，进气阀1优选的形式如图12所示。

进气阀为一个一级平衡阀，它包括封闭装备，该封闭装备可为安装于滑阀室22内的滑阀20。滑阀20可在滑阀室22内限定的空间里轴向运动。

连杆24将滑阀20与第一室2中的第一室隔膜3相连。通道中至少有一个出口23通向第一室2。滑阀20的运动界限为能够提供一个限定的气流通道，该通道为经滑阀室22、出口23通入第一室2，且至少在该滑阀20的一个其它位置上，可提供一个较小的限定气流，经滑阀室22、出口23，流出到第一室2中。

如果第一室2中的压力增加，则由于第一室隔膜3的运动可使第一室2的容积增加。连杆24的设置为当第一室2的容积扩大时，滑阀20在滑阀室22内运动，从而增加对来自气体供给罐并进入第一室2内的气流的限制。

为了补偿气体供给罐压力Pr的变化，设计了滑阀20，以便在不受压力Pr的影响下，独立操作。该过程通过在滑阀20的前受压表面31和滑阀20的后受压表面30之间的气体压力传递得以实现，如图4所示。在本发明的优选形式中，这种气体压力传递是通过下述过程实现的，即在滑阀20两侧的容积间形成一个滑阀控制孔21，以确保供气罐以相等的压力作用于表面30和31，滑阀20的后受压表面30的面积大小应为能提供一个力，该力与作用于前表面31的由压力Pr产生的力，大小相等方向相反，因为作用于表面31和表面30上的气压相同，因而，两个表面的面积应完全相同，故气体供给罐的压力Pr作用于滑阀20上的力，有效地被抵消。这样，唯一作用于或可以作用于滑阀20上的其它的力，为第一室2中的气压Pl的作用力。图12为图4的局部详图，表示优选形式的一级平衡阀。

该一级平衡阀与一气体供给罐相连，或通过一相应的连接装备50向外连接。该连接装备50，例如可由螺纹等固定在气体调节装置的壳体上。

在气体调节装置的壳体与连接装备50的界面间，在连接装备50周边上套装有一垫片51。气咀27具有一个支座，用于抵住该滑阀20的密封垫52。由贮存在O型密封圈53和54之间的气体作用于后表面30上。

与滑阀20相连的连杆24，通过滚针轴承55和56与第一室隔膜3相连。滑阀20和连杆24间由链板57相连。图13为链板57的平面图，图中表明链板57与滑阀20和连杆24相连。

进气阀1还包括一个用于偏移或稳定该滑阀20的装备。这种偏移装备可以是如图4中所示的弹簧26，它最好装在进气阀1内，以稳定该滑阀20。同样，第一室隔膜3也装有一偏移装备，如弹簧4，作用方向是减少该第一室2容积的方向。

来自气体供给罐的气体，当进入第一室2时，进气阀1使气体压力下降。第一室2中压力为Pl的气体可经第一通道6流入第一区域5，速度控制器25将第一区域5和第二区域7连通。第二室5和7包括第一区域5和第二区域7。第一和第二区域由一个装备隔开，该装备可以改变所述第一和第二区域的容积。如图1、2、3、6和11所示，该装备为隔膜9。当然第一区域5和第二区域7的容积变化也可通过其它装备来实现，如图8所示的活塞气缸装备。

图11的速度控制器中，气体在第一区域5和第二区域7间的传递是靠第二出口28(装有阀或无阀)并通过通道8来实现的，该通道8也可与第二室和第三室相通。第一区域5和第二区域7的容积成反比变化。当第一区域5的容积增加时，第二区域7的容积成反比地减少。第二隔膜9安装在第一区域5和第二区域7之间，并分离开该二区域，第一区域5和第二区域7的总容积保持恒定。第一区域5和第二区域7各自容积的变化取决于两个区域5和7间气压的压差。

除设置隔膜9外，另一方案为设置两个活塞气缸，即在前述的第一区域5和第二区域7内分别设置一带活塞的气缸。所述第一区域5和第二区域7中的两个活塞气缸43和44间的连接为能够确保各室间的容积变化的传递，见图8。从图8中可见，虽然在优选形式中第一和第二区域中的总容积保持恒定，但如使用不同直径的活塞43和44，将导致第一区域5和第二区域7中总容积变化。这可能对本发明装置带来各种益处。

第一气体出口13连接第一区域5和第三室11。第一出口13处有一限流装备例如第一区域阀件19，该阀件19能与第二隔膜9一起位移。第二区域7有一出口12，与容积可变的第三室11相连，如图1。从第二区域7出来的气体流经出口12时，可被第三室阀件16限制。从第二区域出来的气体，其流量被限制是与第三室11压力成比例的。在本发明的优选结构中，上述过程是通过连杆臂18和第三室隔膜15的连接而实现的。当第三室11中有压力时，隔膜15向下运动，第三室11中的容积增大。这样，依次使连杆臂18绕支轴29转动，从而靠阀件16限制从第二室出口12出来的流量。当第二室11压力降低时，第三室隔膜15向上运动，使连杆臂18随支轴29转动，阀件16开启，从第二区域7的出口处流出一股较小的限制气流。

如图2和图3所示，气体通道8和各出口28和12以另一种方式排列，图中通道8和出口12组合成一体。上述两种方式均能在类似方式下实现本发明的任务。气流在出口压力Pd下离开第三室11。

当发动机停机不需要气体时，气体供给罐中的气体可通过进气阀1进入第一室2，并经第一通道6进入第二室5和7中的第一区域5中。在这一段中，气体也可通过无阀门通道的气体出口28和8，进入第二区域7。在发动机停机不需气体时，第一室2、第一区域5及第二区域7中的压力相等，因为此时在第三室11中隔膜15没有受到发动机进气歧管真空的作用，因此阀件16保持闭合。

当发动机怠速或低负荷运转时(如图2所示)，发动机的进气歧管真空使第四隔膜14收缩，隔膜15移动，使第三室11中的容积减少，导致连杆臂18绕轴29转动，使气流通过出口12流动。由于在怠速和低负荷下对气量需求小，该出口28仍能通过足够的气量以供应第三室11并保持第一区域5和第二区域7内的压力相等。弹簧10保证该第一区域阀件19保持密闭，不允许气流通过该出口13。可用调节螺钉17来调节在怠速时经出口12的限制流量。

在中等和满负荷(如图3)时，作用在供气压Pd的发动机歧管真空度升高。这导致第三室11的容积由于第三室隔膜15的移动而进一步缩减。这就对经出口12(由阀件16控制的)流出的气流减少了限制。当高气量要求时，出口28不能充分向第二区域7供气，而该第二区域7是向第三室和发动机供气的。这就使第二区域7内的气压小于第一区域5内的气压。第二区域7内的压力降低，使隔膜9将阀件19从其座上离开，使气体经第一出口13进入第三室11中。

在发动机中等和满负荷时，第一出口13的开启保证了该发动机从供气罐得到充分的气量。

发动机运行要求是该调节压力P_l越恒定越好。普通的调节阀如图10所示。在普通的一级阀中，该调节压力P_l′是作用在隔膜32上的。理论上，压力P_l′只决定于使可变容积室内容积改变所需的力、即隔膜力。连杆和杠杆33的比值为常数，不随供气罐压力P_r′而变化，然而如图10，还有一力作用在该密封座面积34′上，且该力随供气缸压力P_r′变化而变化，因此该调节压力P_l′受到影响。如果供气罐充满时，该压力P_r′一般为200巴。与供气罐将要排空时其压力只有15巴相比，该调节压P_l′必须较高些，以抵消该额外的力，图5示出了采用图10所示调节器时，该调节压力随供气罐压力变化的理论变化图。

图4示出该一级平衡阀的工作原理，克服了该阀的限制气流受供气罐压力影响的问题。

该一级平衡阀的滑阀20由连杆24以机械方式与隔膜3相连，保证该滑阀可靠地与该隔膜接触。

图6为本装置中采用的发动机速度控制器示意图，它由发动机例如CNG发动机、甲醇发动机等的进气歧管真空操作。

首先，在中等和满负荷情况下，隔膜9使第一区域阀件19与座分离，使气体能通过第一气体出口13流出。由电磁阀25接收点火系统的信号并开启该控制通道35，以控制发动机的进气使其不致过量。它使气体进入第二区域7。并使第一区域5和第二区域7中的压力相等，以关闭或限制该第一出口13，从而限制向发动机供给的气量。当发动机速度下降到一定速度时，该电磁阀25又关闭该控制通道35。当发动机在各种恒定速度下运行时，该装置的全部隔膜和阀处于平衡位置，供气罐向发动机供给恒定量的气。

该电磁阀25也可为用机械装置控制的阀，例如某些柴油机上的阀。

通过气体调节装置进行的气流限制，目的是使发动机在稳定的速度下运行。图11示出了发动机速度控制装置，它在气体供给和第一级减压上均与上述的不同。图9示出优选构造的本发明的电磁阀。在此结构中，该电磁阀用螺纹旋装在双路调节组件的壳体上，并连通该第一区域和第二区域的控制通道35。图9中的电磁阀由与线圈59′相连的电线接头63′通电控制。该线圈控制该阀杆60′依次通过阀座40′和61′来控制流经控制通道35′的气流。弹簧62′推动该阀座处于闭合状态，由向线圈供给的电流来调节通过控制通道35′的气流。

该装置机构保证了通过进气阀和通过气体调节装置的气量供给，它不受进气压的影响，能在进气压力在很大范围内变化时，保持压力恒定。图11中的发动机速度控制器，可无需应用在如图1所示的气体调节装置上。该发动机速度控制器可用于各种其它系统中，本技术领域普通技术人员会懂得将其应用到需要供气控制的其它装置中。图11所示的发动机速度控制器可单独应用在其它各种装置上，经该装置的第一气体出口13和通道8从第一和第二区域向需气装置供气，经通道8的气流依第三室阀件16的位置而定，而该位置又依需气装置的要求而定。

本发明可用于任何一种要求恒值减压的发动机上，包含采用歧管压力，即增压式发动机上(不仅歧管真空型发动机)。本发明同样可应用于非发动机装置上，例如压力调节和热气体供给等装置。

本发明可用于将柴油机改装成使用气态燃料的发动机上，做为调节系统。

本发明的各部分仅以举例方式加以说明，应理解为对本发明的修改或增补均应划入本发明的权利要求范围内。

Claims (14)

1．一种供气调节系统，用于调节从压力贮罐到需气装置之间的供气，其特征是它具有或包括：

一、供气调节装置，包括：

(1)第一室，通过进气阀接收气体，该第一室通过第一室隔膜、活塞或其它的外围变化装备可将该第一室的容积改变；

(2)第二室，从上述第一室接收气体至第二室的第一区域，该第二室包括两个隔开的区域，即第一区域和第二区域，分隔该第二室成两个区域用的装备可以移动，从而影响该第二室的两个区域各自的容积；

(3)第三室，该第三室可通过第三室隔膜、活塞或其它外围变化装备改变其容积，该第三室可接收来自第二室第一区域的气流；

(4)当第二室的第一区域和第二区域的压力相等时，受该压力操纵的阀件切断第二室向第三室的主要供气。

二、一级平衡阀，包括：

(1)形成一个室的装备，该室具有进气口和出气口；

(2)封闭装备，该封闭装备可在上述的进气口和出气口之间完全地封闭该气流；

(3)偏移装备，可以移动上述滑阀装备，使其处于没有完全封闭该气流的状态，和

(4)响应装备，对气体出口压力起响应的装备，以出口压力作用于封闭件上，以影响该封闭件的运动，其结构和布置方式为：作用在所述室中该封闭件上的气压乘以封闭件作用面积产生的力被相反方向的气压乘以面积的力完全抵消，从而使封闭装备主要为所述偏移装备和气体出口压力影响的响应装备的作用而移动；

三、控制阀，在所述第二室的第一区域和第二区域之间，具有一控制通道，由该控制阀来控制燃气从中通过，当气流流出该供气装置达到极限时，所述控制阀开启，使第一区域和第二区域内的压力相等。

2．根据权利要求1所述的供气调节系统，其特征是：所述第一室隔膜、活塞或其它外围变化装备为一隔膜。

3．根据权利要求1或2所述的供气调节系统，其特征是：所述第一室隔膜由偏移装备作用，其偏移方向为使第一室容积减少方向。

4．根据权利要求1至3所述的任一项供气调节系统，其特征是：所述进气阀中的封闭装备为可在滑阀室内的限定范围之间移动的滑阀，该限定范围是从闭合的密封状态到开启的允许气流通过状态；所述的滑阀具有：第一表面，气体从压力贮罐沿第一方向作用在该第一表面；第二表面，气体从压力贮罐沿与第一方向相反的方向作用在该第二表面上，所述第一、第二表面具有相等的受压表面积，使进气压力对它的作用实质上为零；和具有使压力相等的装备。

5．根据权利要求4所述的供气调节系统，其特征是：所述使压力相等的装备为一通道，该通道穿过该滑阀，使供给气压与包括第二表面的室相通。

6．根据权利要求1到5所述的任一项供气调节系统，其特征是：所述滑阀固定在一个连杆的端部。

7．根据权利要求1到6所述的任一项供气调节系统，其特征是：所述将第二室隔开成两个区域的装备是一隔膜，在该隔膜上的可移动部位固装有第一区域阀件和使第二室隔膜偏移的装备，偏移作用方向为使第一区域阀件保持闭合装态。

8．根据权利要求1到7所述任一项供气调节系统，其特征是：所述使第一室隔膜偏移的装备为弹簧。

9．根据权利要求1到8所述任一项供气调节系统，其特征是：所述使第二室隔膜偏移的装备为弹簧。

10．根据权利要求1到9所述任一项供气调节系统，其特征是：所述气流可同样用与第三室阀件相连的外部校准装备来控制。

11．根据权利要求1到10所述任一项供气调节系统，其特征是：所述第三室隔膜、活塞或外围变化装备为隔膜，在它的移动部位或可移动部位处连接有第三室隔膜连杆臂，该连杆臂将第三室隔膜的移动部位与第三室阀件连接，以控制从第二室气体出口排出的气流。

12．一种供气调节装置，其特征是：在第一区域和第二区域间有一控制通道，由控制阀来控制通过该通道的气流，当所述装置排出气流达到所需极限时，所述控制阀开启，使该二区域间的气压平衡。

13．一种一级平衡阀，用于进气调节或用于气体调节装置上，包括：

界定一个室的装备，该室具有气体进口和出口；

滑阀装备，能完全将所述气体进口和出口之间的气流完全封闭；

偏移装备，移动所述滑阀装备使该滑阀处于将所述气流不完全封闭的状态；和响应装备，受气体出口压力(气体出口要求)的影响，以出口压力作用在滑阀上，以影响其运动，其结构和布置使作用在滑阀室中的滑阀上的气体压力的合力完全平衡，因此，使滑阀主要受偏移装备和受气体出口压力影响的响应装备的作用而移动。

14．一种供气调节装置，其特征是：在第一区域和第二区域之间具有一控制通道，一控制该气流从该控制通道通过的控制阀，当气流从该装置流出的流量达到所需极限时，该控制阀开启，使两个区域中的压力相等，从而使受该压力操纵的阀件切断主要的供气。

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