一种带有阶梯供气压力的气体发动机供气装置及其控制方法与流程

本发明涉及的是一种发动机，具体地说是发动机的供气装置及控制方法。

背景技术：

随环境问题的严峻和温室效应的加剧，碳氢比低于汽油柴油的液化天然气、压缩天然气和液化石油气等气体燃料逐渐作为替代能源广泛应用于发动机中。传统的气体发动机供气装置由于只安装有一个减压器，气轨内的燃气压力需满足高负荷工况下的喷射压力，会导致低负荷工况下同样的喷射压力时，由于喷射量小，导致喷射脉宽短，造成燃气供给精度低、燃气喷射的循环变动大和燃气和空气混合质量差等问题。专利201710408971.3所述的气体发动机的燃气供给装置通过对供气系统结构设计可以实现对于燃气量的精确控制，但其供给燃气压力固定，仍会导致低负荷工况下燃料喷射后局部过浓，燃烧恶化的现象。专利200420114713.2所述的气体发动机燃气供给机构通过对减压器的结构性设计可以实现一级燃气减压燃气和二级燃气减压燃气的功能，可以完全解决上述问题，但由于其对减压器结构性的新设计，提高了制造难度和生产成本，以及减压器的减压等级切换过程也易发生故障，难以广泛推广。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供能够解决传统的气体发动机供气装置低负荷工况下存在燃气供给精度低、燃气喷射的循环变动大和燃气和空气混合质量差等问题的一种带有阶梯供气压力的气体发动机供气装置及其控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种带有阶梯供气压力的气体发动机供气装置，其特征是：包括气瓶、主气路、高压气路、低压气路、气轨，气瓶连通主气路，主气路分别连通高压气路和低压气路，高压气路、低压气路以及进气路通过三通的方式相连，进气路连通气轨，主气路上设置主阀、粗滤清器，高压气路上设置第一电磁阀、高压减压器，低压气路上设置第二电磁阀、低压减压器，进气路上安装细滤清器，第一电磁阀和第二电磁阀均连接电控单元。

本发明一种带有阶梯供气压力的气体发动机供气装置还可以包括：

1、高压气路上高压减压器后方设置第一单向阀，低压气路上低压减压器后方设置第二单向阀。

本发明一种带有阶梯供气压力的气体发动机供气控制方法，其特征是：供气压力阶梯性供给的控制通过电控单元控制高压气路的第一电磁阀和低压气路的第二电磁阀的相互独立工作实现：气体发动机处于高负荷工况下，电控单元控制高压气路的第一电磁阀工作，低压气路的第二电磁阀不工作，提供高压燃气；气体发动机处于低负荷工况下，电控单元控制低压气路的第二电磁阀工作，高压气路的第一电磁阀不工作，提供低压燃气；并通过第一单向阀和第二单向阀保证在第一电磁阀和第二电磁阀工作进程结束后，第一单向阀和第一单向阀前端压力下降时，截断气流，防止燃气回流。

本发明的优势在于：本发明通过对气体发动机供气装置的阶梯性压力供给线路的设计以及提出相应的简单可行的控制方法，实现低负荷工况下燃气喷射的精确控制，降低气体燃料喷射的循环变动，并改善气体燃料与空气混合质量，和高负荷工况下气体燃料的精确快速喷射，确保进气的完全性，避免燃料在进气道的残留，提高气体发动机动力性和经济性，降低甲烷碳氢排放。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为传统气体发动机喷气阀针阀升程曲线示意图；

图3为本发明气体发动机喷气阀针阀升程曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-3，本发明提出的一种带有阶梯供气压力的气体发动机供气装置主要由气瓶1、主阀2、粗滤清器3、电磁阀4、电磁阀5、高压减压器6、低压减压器7、单向阀8、单向阀9、细滤清器10、气轨11、喷气阀13和电控单元12等组成。

上述一种带有阶梯供气压力的气体发动机供气装置通过电控单元12对高压燃气供给通道的电磁阀4，和低压燃气供给通道的电磁阀5的控制实现对于发动机全负荷情况下的燃气阶梯性压力供给。具体通过：电控单元12控制并联布置的高压燃气供给通道和低压燃气供给通道的相互不干扰的工作，实现对于来自前端气瓶1后经过主阀2和粗滤清器3的高压燃气的阶梯性降压处理，后经过细滤清器10后端的输送到气轨11中，以待喷射。具体实现为：气体发动机处于高负荷工况下，电控单元12控制高压燃气供给通道的电磁阀4工作，低压燃气供给通道的电磁阀5不工作，提供较高压力的燃气；气体发动机处于低负荷工况下，电控单元12控制低压燃气供给通道的电磁阀5工作，高压燃气供给通道的电磁阀4不工作，提供较低压力的燃气。

上述一种带有阶梯供气压力的气体发动机供气装置中的电磁阀4和电磁阀5通过电控单元12控制，保证供气正时的准确。单向阀8和单向阀9可以在供气结束后，前端压力下降时，有效截断，防止燃气回流，保证气轨11压力稳定。

如图2传统气体发动机喷气阀针阀升程曲线示意图所示：气体发动机低负荷工况下，喷射压力高，喷气量少，喷射脉宽短，导致燃气供给精度低，且气门重叠时间与燃气喷射时间重叠，有较大部分燃气逃逸，会加剧温室效应。

如图3带有阶梯压力供气装置的气体发动机喷气阀针阀升程曲线示意图所示，带有阶梯压力供气装置的气体发动机低负荷工况下，通过降低喷射压力，实现在同样的喷气量下，延长喷射脉宽，使气门重叠时间只占燃气喷射时间的小部分，减少燃气逃逸，利于缓解温室效应。且喷射脉宽的延长，能够提高燃气供给精度和燃气和空气混合质量。

综上所述，本发明提出一种带有阶梯供气压力的气体发动机供气装置及其控制方法通过对供气装置的燃气阶梯性供给设计，可以有效解决传统气体发动机供气装置低负荷工况下存在燃气供给精度低、燃气喷射的循环变动大和燃气与空气混合质量差等问题，且控制方法简单，具有可行性，可以实现低负荷工况下燃气喷射的精确控制，降低气体燃料喷射的循环变动，并改善气体燃料与空气混合质量，和实现高负荷工况下气体燃料的精确快速喷射，确保进气的完全性，避免燃料在进气道的残留。本发明可以有效提高气体发动机动力性和经济性，降低甲烷碳氢排放。

此带有阶梯供气压力的气体发动机供气装置可以实现阶梯性的燃气供给，即气体发动机低负荷工况下供给低压燃气，高负荷工况下供给高压燃气，解决传统气体发动机供气装置低负荷工况下供给燃气压力高导致的喷射脉宽短、燃气供给精度低、燃气喷射的循环变动大和燃气和空气混合质量差等问题，实现低负荷工况下燃气喷射的精确控制，降低气体燃料喷射的循环变动，并改善气体燃料与空气混合质量，和高负荷工况下气体燃料的精确快速喷射，确保进气的完全性，避免燃料在进气道的残留。

本发明一种带有阶梯供气压力的气体发动机供气装置，由高压燃气供给通道和低压燃气供给通道的并联布置以及相互独立的工作实现。高压燃气供给通道包括：高压减压器6、电磁阀4(位于高压减压器前端)和单向阀8(位于高压减压器后端)；低压燃气供给通道包括：低压减压器7、电磁阀5(位于低压减压器前端)和单向阀9(位于低压减压器后端)。高压燃气供给通道和低压燃气供给通道通过三通管实现并联布置，实现来自前端气瓶后经过主阀和粗滤清器的高压燃气的阶梯性压降处理，后经过后端的细滤清器输送到气轨中，以待喷射。

本发明一种带有阶梯供气压力的气体发动机供气装置的控制，通过电控单元控制高压燃气供给通道的电磁阀4和低压燃气供给通道的电磁阀5的相互独立工作实现。即气体发动机处于高负荷工况下，电控单元控制高压燃气供给通道的电磁阀4工作，低压燃气供给通道的电磁阀5不工作，提供较高压力的燃气；气体发动机处于低负荷工况下，电控单元控制低压燃气供给通道的电磁阀5工作，高压燃气供给通道的电磁阀4不工作，提供较低压力的燃气。

本发明所涉及的气体发动机的供气装置设计方案，不限制于两级减压，可以根据实际气体发动机的负荷范围做出调整，即气体发动机的负荷范围大，可以相应增加减压级数，实现三级、四级甚至更多级减压，保证气体发动机处于任何负荷的工况下，均能实现燃气喷射的精确控制，降低循环变动，改善气体燃料和空气的混合情况。

气瓶中储存的燃气可以是液化天然气、压缩天然气和液化石油气等。

装置中涉及的管路均为高压金属管，保证燃气供给过程的安全稳定。

装置与管路之间均严格密封，保证工作过程与非工作过程均不发生泄漏。