[发明专利]可变气体压力调节器

说明书

技术领域

本发明涉及改进的可变压力调节器，用于控制例如供应到使用气体燃料的发动机的气体压力。通常，该气体是压缩天然气（CNG）。

背景技术

参照图1，用于类似应用的常规调节器——所谓的按需（on-demand）调节器——通常基于如下原理，即提供连接在含有加压气体源的上游入口端口2与含有处于调节压力的调节气体的下游腔室3之间的节流阀1，气体可从该下游腔室流经出口端口4流到所要求的目的地。

按需调节器具有控制构件5，控制构件5控制节流阀头6，控制构件5受到膜片7和弹簧8的作用，膜片7响应于在第一方向上跨膜片7作用的差压力，而弹簧8提供一个在相反方向上作用的力负荷（force loading）；当调节空间3内的压力低时，所述弹簧力起正常地打开节流阀1的作用。通常，膜片7的一侧暴露于并且响应于在一个方向上作用在控制构件5上的调节压力；由此，如果调节压力超过了由弹簧负荷（spring loading）设定的某一压力，则膜片7倾向于关闭节流阀1。由于调节空间3内的压力，弹簧力在与净（net）压力相反的方向上作用在膜片7上。因此，在当入口端口2处不存在高压气体源时，节流阀1在此情况下通常打开。当由调节空间3内的压力生成的力超过由弹簧8的预载荷限定的某一预定水平的压力时，节流阀1关闭。

用于CNG应用的这样的调节器的缺点在于，当供应罐（supply tank）被填充且然后在正常服务中随时间排空时，上游的高压气体源在入口2处以非常大的范围变化。当供应罐在被填充之后被排空时，因为压力从最大变化到最小，所以这强加了跨节流阀头6作用的大范围的压力。因为调节压力依赖于强加在膜7和节流阀头6上的气体的平衡和与由弹簧8提供的固定载荷相平衡，调节空间3内的实际的调节压力根据入口导管（inlet duct）2内的供应压力而变化。这是由于随着供应压力改变的节流力的变化。通过提供相对于节流阀1的尺寸的大面积的膜片7，该影响被最小化。

除了节流力的变化之外，当气体流响应于调节气体流的不同需求而改变时，随着节流阀头6向不同的平衡位置移动，弹簧力也随着弹簧8被压缩或被释放而改变。力的这种改变是由于弹簧8的固有的和特有的刚度，在弹簧8中弹簧力随着阀头6的位置而变化。因此，调节压力倾向于随着流量（flow rate）而变化，而不是对于给定的标称弹簧设定保持恒定。根据在气体流的目的地处的测量，随着增加流而减少压力的特性由跨出口端口及其去向目的地（在此可以通常测量所述调节压力）的延长部的压降加剧。

这样的调节器的一个严重瑕疵在于，通常有跨膜片7作用的大压力。另外，倘若膜片在服务中破裂，则气体会穿过膜片7逸出，在其通过图1的参考端口9逸出时，造成潜在的火灾隐患。通常，在使用CNG作为燃料的应用中，参考端口9可以连接到发动机的进气歧管。否则，参考端口9可以连接到大气。从参考端口9泄漏并且传到发动机的进气歧管的任何气体都代表着额外的燃料，其可能强加更高的燃烧温度，更高的燃烧温度对发动机可能是破坏性的，尤其是当在控制系统能够纠正此状况或使用电子警报系统来引起来自这样的发动机的操作人员的应答之前诱发爆燃时。

此外，节流阀1倾向于响应于由作用在控制构件5上的力的平衡的改变导致的膜片7破裂而打开，允许调节压力升到大约标称的调节值，有时到达危险水平，在此情况下，安全泄放阀的运行是有必要的，以将高压气体倾泻到大气。如果CNG气体被排放到大气，则这代表对大气中众所周知的温室效应有贡献的气体的不良排放。同样，对气体计量系统和发动机管理系统的操作在这样的情况下会受到影响，往往会在繁忙交通系统中的不方便的位置和战略性场合（strategic situation）中，导致发动机以及其对象车辆停机。在极端的情况下，如果没有遵守规定，则可能存在严重的火灾隐患。

常规的按需调节器的另一个局限在于，凭借作用在膜片上的相对固定的弹簧力，压力设定是相对固定的。对于靠CNG运行的发动机方便的是，让供应到气体计量喷射器的气体的压力是可变的，以使得例如在发动机闲置时发动机控制系统可以设定低压力，而在发动机满负荷时设定高压力。通过这样的布置可以更好地优化气体喷射器的计量精度，同时可能允许将气体流相对于该发动机的空气流更好地匹配。