G储 罐。
[0049] 6)重复上述步骤，直至高压CNG储罐2的压力达到设定值(该值根据需求决定）。充 气完毕后，关闭前述所有控制阀，将充气气缸4切换回动力模式。
[0050] 如图3所示，各充气气缸4采用混联连接，一级压缩时，气缸Π ，IV，VI同时将增压储 罐A充满即第一次达到最大压力值后，气缸Π 单独向增压储罐A继续充气，气缸IV、VI将同时 进行二级压缩，当增压储罐B充满即第一次达到最大压力值后，气缸IV单独向增压储罐B继 续充气，气缸VI则进行三级压缩，将气体压缩至高压CNG储罐2内，后续压缩则进入多缸串联 压缩模式。具体步骤如下：
[00511 1)进入充气模式后，打开控制阀b、c、d和控制阀a、m、η、f、j、k (没指出的控制阀默 认关闭），民用天然气经过控制阀a、b进入气缸Π 内，经过控制阀a、m、c进入气缸IV内，经过 控制阀a、m、n进入气缸VI内，同时进行一级压缩，压缩结束后，气缸Π 内的气体经过控制阀 b、f进入增压储罐A，气缸IV内的气体经过控制阀c、j、f进入增压储罐A内，气缸IV内的气体 经过控制阀d、k、j、f进入增压储罐A内。
[0052] 2)当增压储罐A第一次充满后，控制阀m关闭，控制阀j关闭，控制阀h打开。气缸Π 继续沿着控制阀a、b吸气进行一级压缩。增压储罐Α排出的气体经过控制阀h、c进入气缸IV 内，经过h、n、d进入气缸VI内，同时进行二级压缩。
[0053] 3)增压储罐B充满即第一次达到最大压力值后，控制阀η、k关闭，控制阀i、e打开。 气缸IV继续沿着控制阀h、c吸气进行二级压缩。增压储罐B排出的气体经过阀i、d进入气缸 VI内进行三级压缩，压缩后的气体经过d、e进入高压CNG储罐2内。此后进入多缸串联压缩模 式。
[0054]增压储罐最大压力和最小压力的估算
[0055] CNG发动机压缩比较高，一般为10.1 - 11.3。本实施例拟压缩的目标压力为18MPa 的最终压力，民用天然气的表压力为2.3kpa，则(0.101为大气压力），压缩机总的压力比et = 18/(0.101+2.3/1000) = 174。
[0056] Α·最大压力的估算
[0057]该系统包含两个增压储罐和一个高压CNG储罐，即天然气先后经过了三次压缩，故 压缩机级数Z = 3。
[0058] 可计算出每级压缩的压比e= 5,6
[0059] 第一级压缩结束后的排出压力，即增压储罐A的最大压力为5.6X0. 103 = 0.577MPa；
[0060] 第二级压缩结束后的排出压力，即增压储罐B的最大压力为0.577 X 5.6 = 3.23MPa；
[0061] 第三级压缩结束后的排出压力，即高压CNG储罐经该系统压缩后所能达到的最大 压力为3.23X5.6 = 18. IMPa。
[0062] Β·最小压力的估算
[0063] 设中间气罐内压力值为ρ 1，气罐体积为vl，，质量为ml;设压缩气缸内余隙容积内 的气体质量为m2，压力为p2，体积为v2;设气缸的总体积为v。当中间气罐内的气体恰好无法 被气缸吸入时，此时气缸内余隙容积内气体膨胀到下止点时，缸内气体压力与中间罐内压 力相等。不考虑膨胀做功，不考虑温度变化，当两边压力达到平衡时的关系为:p 2 · V2=m2 · R · T(膨胀之前）；ρι · V=m2 · R · T(膨胀之后）。此时剩余气体压力为:P1=(P2 · V2)/v。该压 力即为增压储罐的最小压力。
【主权项】
1. 一种CNG发动机多缸自充气方法，用于将来自民用天然气气源（1)的低压天然气充入 高压CNG储罐(2)内，其特征在于，包括如下步骤： 1) 将CNG发动机内的至少两个气缸作为充气气缸(4)，通过闭缸装置(6)使其处于闭缸 状态，并通过ECU使充气气缸(4)的火花塞(45)失效； 2) 将CNG发动机内余下气缸作为动力气缸(41 )，所述动力气缸(41)正常运转，通过燃烧 天然气提供的动力带动充气气缸(4); 3) 所述充气气缸(4)在动力气缸(41)的作用下作为活塞式压缩机气缸，以其顶部的充 气通道(5)作为天然气进出通道吸入天然气，经过一次或多次压缩后，最终充入高压CNG储 罐⑵内； 上述步骤中，通过ECU对整个充气过程进行控制。2. 根据权利要求1所述的CNG发动机多缸自充气方法，其特征在于:采用增压储罐(3)作 为缓存对民用天然气进行多次压缩;压缩过程中，所述增压储罐(3)既可作为储罐存储压缩 后的天然气，又可作为气源向充气气缸(4)供气。3. 根据权利要求2所述的CNG发动机多缸自充气方法，其特征在于:各充气气缸(4)采用 并联充气方式，从同一个气源吸入天然气，进行压缩后将天然气压入同一个储罐内。4. 根据权利要求2所述的CNG发动机多缸自充气方法，其特征在于:各充气气缸(4)采用 串联充气方式，来自民用天然气气源（1)的低压天然气由第一个充气气缸(4)吸入，依次经 过各充气气缸(4)压缩后，由最后一个充气气缸(4)压入高压CNG储罐(2)内；该模式下，相邻 两充气气缸(4)之间设置一个所述增压储罐(3)作为缓存。5. 根据权利要求2所述的CNG发动机多缸自充气方法，其特征在于:各充气气缸(4)采用 混联充气方式，即并联充气方式和串联充气方式相互组合的充气方式。6. 根据权利要求5所述的CNG发动机多缸自充气方法，其特征在于:所述CNG发动机内包 含η个充气气缸(4)，n 2 3,其中前n-1个充气气缸(4)并联从民用天然气气源（1)或增压储罐 (3) 中吸入天然气，进行压缩后将天然气输入到第η个充气气缸(4)内；第η个充气气缸(4)以 前η-1个充气气缸(4)作为气源进行压缩后将天然气压入下一级的增压储罐(3)或高压CNG 储罐(2)内；前η-1个充气气缸(4)处于相同的行程，第η个充气气缸(4)与前η-1个充气气缸 (4) 相差一个行程差。7. 根据权利要求5所述的CNG发动机多缸自充气方法，其特征在于:各充气气缸(4)同时 从民用天然气气源（1)吸入天然气，进行压缩后充入第一级增压储罐(3);第一级增压储罐 (3)达到最大压力后，一部分充气气缸(4)继续向第一级增压储罐(3)内充气，另一部分充气 气缸(4)以第一级增压储罐(3)为气源，向第二级增压储罐(3)内充气;依此类推，上一级增 压储罐(3)达到最大压力后，部分充气气缸(4)以其为气源，向下一级增压储罐(3)内充气， 直至最后一级增压储罐(3)作为气源进行压缩后充入高压CNG储罐(2)内。8. -种为实现权利要求1中所述方法而专门设计的CNG发动机多缸自充气系统，包括 CNG发动机和高压CNG储罐（2)，所述CNG发动机包括气缸和ECU，所述气缸包括气缸进气阀 (42)、气缸排气阀(43)、气缸盖(44)和火花塞(45)，其特征在于:所述气缸包括充气气缸(4) 和用于驱动充气气缸(4)的动力气缸(41)，所述充气气缸(4)的数量不少于两个;所述充气 气缸（4)设置有用于保持其气缸进气阀（42 )、气缸排气阀（43)处于封闭状态的闭缸装置 (6);所述充气气缸(4)的气缸盖(44)上设置有充气通道(5);该系统还包括增压储罐(3)和 连接管网，所述连接管网用于连接充气通道(5)、民用天然气气源（1)、增压储罐(3)和高压 CNG储罐(2);所述连接管网的管道上设置有单向阀（71)和控制阀（7)，所述高压CNG储罐(2) 上和/或与其相连的管道上设置有压力传感器(81)，所述增压储罐(3)上和/或与其相连的 管道上设置有压力传感器(81);所述闭缸装置(6)、火花塞（45)、控制阀（7)、压力传感器 (81)分别接入ECU中，通过ECU对整个充气过程进行控制。9. 根据权利要求8所述的CNG发动机多缸自充气系统，其特征在于:各充气气缸(4)的连 接方式为并联、串联或混联。10. 根据权利要求8或9所述的CNG发动机多缸自充气系统，其特征在于:所述增压储罐 (3)和/或高压CNG储罐(2)的输入管道上设置有冷却器(8)。
【专利摘要】本发明公开了一种CNG发动机多缸自充气方法，将CNG发动机内的至少两个气缸作为充气气缸，余下气缸作为动力气缸，由动力气缸正常运转带动充气气缸，使其作为活塞式压缩机气缸，对民用天然气进行压缩后充入高压CNG储罐内。本发明还公开了一种CNG发动机多缸自充气系统，包括CNG发动机、高压CNG储罐、增压储罐和连接管网，CNG发动机包括气缸和ECU，气缸包括至少两个充气气缸和若干个动力气缸；充气气缸设置有闭缸装置和充气通道；高压CNG储罐和增压储罐上和/或与二者相连的管道上设置有压力传感器，闭缸装置、火花塞、控制阀、压力传感器分别接入ECU中。该方法和装置能够使用民用天然气对CNG汽车进行充气，改装幅度小，易于实现，不影响CNG发动机的性能。
【IPC分类】F02B75/00, F02D17/02
【公开号】CN105715387
【申请号】CN201610127902
【发明人】邓义斌, 郑良焱, 王泽胜
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2016年3月7日