專利名稱：天然氣單燃料增壓發(fā)動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型一般涉及一種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，特別是一種使用天然氣作燃料的發(fā)動機(jī)。
背景技術(shù)：
通常的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)使用燃油如汽油、柴油等。我國貧油但有豐富的天然氣資源，所以有很多的研究轉(zhuǎn)向如何利用天然氣資源，用天然氣作發(fā)動機(jī)燃料的例子不勝枚舉。一般開發(fā)雙燃料的車用發(fā)動機(jī)較多，但是天然氣與其它燃料的物化性質(zhì)有很大的區(qū)別，如天然氣比汽油的抗爆性好很多。同一結(jié)構(gòu)的發(fā)動機(jī)要同時適應(yīng)兩種特性不相同的燃料，難度較大。所以純粹使用天然氣作燃料的發(fā)動機(jī)更能提高天然氣的熱效率。在公知技術(shù)中，例如中上功率的車用柴油發(fā)動機(jī)及部分汽油機(jī)，均使用了廢氣渦輪增壓技術(shù)，利用增壓器增加進(jìn)氣終了壓力，以增加循環(huán)進(jìn)氣量，是提高發(fā)動機(jī)動力特性的重要措施。公知技術(shù)中由廢氣增壓渦輪加壓的進(jìn)氣一般直接進(jìn)入燃燒室，與燃料包括天然氣或油在汽缸內(nèi)混合。在使用天然氣時，現(xiàn)有技術(shù)的解決方案一般是用電噴裝置將燃?xì)馑腿敫變?nèi)，由于電噴裝置的噴孔很小，未經(jīng)清潔的天然氣容易堵塞噴孔，所以往往又必須加裝過濾裝置，而且電噴裝置成本較高。采用上述將進(jìn)氣和天然氣分別送入氣缸的例子不在少數(shù)，如中國發(fā)明專利申請，申請?zhí)朇N200510023438.2，名稱為“一種天然氣雙燃料汽車”，裝置為一種可以燒油又可燒氣的發(fā)動機(jī)，當(dāng)使用天然氣時，從鋼瓶進(jìn)入的燃?xì)夂蛷娘L(fēng)機(jī)進(jìn)入的空氣在發(fā)動機(jī)汽缸內(nèi)充分混合燃燒。CN99221501.3，名稱為“汽車雙燃料供給轉(zhuǎn)換裝置”，文件中提到將燃?xì)馄靼惭b在原車化油器上體的空氣進(jìn)口上，在化油器內(nèi)混合空氣和燃?xì)狻?br> 由公知技術(shù)可知，不管是純天然燃料或使用雙燃料的柴油機(jī)或汽油機(jī)，其混氣方式有多種，其利弊也是不同的。
技術(shù)內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種能克服公知技術(shù)缺點(diǎn)，節(jié)約成本、可靠性高、實(shí)用性較強(qiáng)的天然氣發(fā)動機(jī)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的方案為設(shè)置一個混合裝置，混合裝置的進(jìn)氣口分別與燃?xì)夤┙o系統(tǒng)和空氣供給系統(tǒng)相接，混合裝置的出口端與廢氣增壓渦輪的進(jìn)氣端相接。
采用上述方案，將混合裝置設(shè)置在增壓渦輪前，將天然氣和空氣在混合裝置內(nèi)混合后再由廢氣增壓渦輪增壓后再送入氣缸內(nèi)點(diǎn)火燃燒，即避免了公知技術(shù)的很多缺點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了本實(shí)用新型的目的。
下面結(jié)合圖示及實(shí)施例更詳細(xì)的說明本實(shí)用新型的方案，及其它技術(shù)特征。


圖1為天然氣單燃料增壓發(fā)動機(jī)的混合裝置及天然氣控制閥的裝配圖；圖2為圖1中混合器體的零件圖；圖3為圖1中閥芯的零件圖。
具體實(shí)施方式
本方案設(shè)計(jì)的天然氣發(fā)動機(jī)，是一種單燃料發(fā)動機(jī)，所述的發(fā)動機(jī)包括一個燃?xì)夤┙o系統(tǒng)和一個空氣供給系統(tǒng)以及點(diǎn)火裝置及其它裝置，所述的燃?xì)夤┙o系統(tǒng)包括汽車攜帶的貯有壓縮天然氣的鋼瓶，鋼瓶的出氣口通過管道與一組串接的減壓器相接，減壓器的最后一級與一個分流接頭1相接，分流接頭1具有不同流量的兩個出口端，一個直接與混合器2的一個入口相接，另一個通過一個閥芯由步進(jìn)電機(jī)控制的天然氣控制閥3與混合器2的另一入口相接。所述的空氣供給系統(tǒng)包括由空氣濾清器等組成的進(jìn)氣裝置，設(shè)置有廢氣渦輪增壓裝置，這些也是一個公知技術(shù)的發(fā)動機(jī)必備的幾個重要裝置，方案中所涉及的混合裝置即分別與上述裝置相連。
如圖1所示的混合裝置2包括一個混合器體4，混合器體4為一個管形元件，圓周面上設(shè)置有一組天然氣進(jìn)氣接頭，通常為對稱的兩個，本實(shí)施例為接頭5和6，混合器體4的內(nèi)孔配合有一管形的混合器芯7，混合器體內(nèi)孔的一端8與空氣供給裝置的出口相接，另一端9與廢氣增壓渦輪的進(jìn)氣口相接。
如圖2所示的混合器體4為一個薄壁管形元件，其直徑與管身長度的比通常為1∶0.8-1.5，其內(nèi)孔下部設(shè)有臺階孔10，供混合器芯7定位，孔的上部有一段消氣11，便于裝配混合器芯7。本實(shí)施例為140馬力的發(fā)動機(jī)，其混合器的直徑為85mm，管身長為76mm，內(nèi)孔直徑為φ40.5mm。
如圖3所示的混合器芯7的圓周上開有一圈環(huán)形凹槽12與進(jìn)氣接頭5、6的內(nèi)孔相通、槽12的底部開有一組均勻分布的通孔13，通孔13的直徑在2.5mm-4mm之間。
混合器芯7的管壁14為變截面，將內(nèi)孔形成兩個方向相反的錐臺15、16。這主要是使空氣流的速度和壓力變得更能充分地與天然氣混合。
本裝置的連接管道均使用柔性連接，一般連接管為耐壓膠管17。由于耐壓膠管有一定的剛性，因此也保證了混合器2和天然氣控制閥3的安裝及定位。
本方案的燃?xì)夤┙o系統(tǒng)如前所述，由一組串接的減壓器對貯于鋼瓶內(nèi)的壓縮天然氣解壓，減壓器中設(shè)有電磁閥，形成鋼瓶出氣口與減壓器之間的開關(guān)。如前所述，最后一級的減壓器與一個天然氣控制閥3相接，天然氣控制閥3的閥芯18由步進(jìn)電機(jī)控制，形成天然氣控制閥，步進(jìn)電機(jī)由機(jī)載電腦進(jìn)行ECU控制，所述的機(jī)載電腦由微處理器組成。ECU即電子控制單元，英文全稱(Electronic Control Unit)，控制原理包括通過實(shí)驗(yàn)采集發(fā)動機(jī)的各工況最佳狀態(tài)時，安裝在發(fā)動機(jī)氣缸進(jìn)氣管上的進(jìn)氣岐管絕對壓力傳感器，安裝在進(jìn)氣管的進(jìn)氣溫度傳感器，安裝在出水道的發(fā)動機(jī)水溫傳感器等各參數(shù)建立數(shù)據(jù)庫，發(fā)動機(jī)工作時，再根據(jù)進(jìn)氣岐管絕對壓力傳感器，進(jìn)氣溫度傳感器，發(fā)動機(jī)水溫傳感器的數(shù)據(jù)，由控制軟件進(jìn)行模擬分析和對比，查找出該工況下的最合適的控制閥參數(shù)，并輸出控制參數(shù)給步進(jìn)電機(jī)，控制天然氣的供氣量，使空氣/燃?xì)饣旌蠚怏w的比率達(dá)到理論比率。
如圖所示的天然氣控制閥由步進(jìn)電機(jī)19、閥體20、閥芯18組成，通過步進(jìn)電機(jī)上下移動閥芯，改變天然氣流通的橫截面積，從而控制天然氣的進(jìn)氣量。
天然氣發(fā)動機(jī)混合氣體增壓進(jìn)入氣缸后，由電控點(diǎn)火系統(tǒng)點(diǎn)火燃燒，所述的電控點(diǎn)火系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速傳感器，水溫傳感器，絕對壓力傳感器與一個電腦點(diǎn)火控制器ECU進(jìn)口端相接，電腦輸出端與一個高壓線圈相接，所述的高壓線圈通過一個高壓線包與火花塞相連。
所述的電腦點(diǎn)火控制器的工作原理包括ECU單元采集轉(zhuǎn)速傳感器，水溫傳感器，絕對壓力傳感器等點(diǎn)火原始數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析處理后，將最佳的點(diǎn)火信號通過放大電路控制線圈的低壓電路繞組的充電/斷電，點(diǎn)火線圈的高壓繞組產(chǎn)生瞬時高壓，從而通過火花塞實(shí)現(xiàn)精確點(diǎn)火。
本方案的天然氣單燃料增壓發(fā)動機(jī)工作原理如下混合器的空氣進(jìn)入端與空氣濾清器相連，混合器的另一端直接與廢氣增壓渦輪的壓氣機(jī)入口相連，其連接的管徑都較大，所以能進(jìn)入足夠的空氣，進(jìn)入混合器的天然氣經(jīng)減壓后，從20Mpa減壓到穩(wěn)定的0.2Kpa在混合器內(nèi)與空氣混合，天然氣進(jìn)入混合器的途徑有兩條，一條從分流接頭1經(jīng)管道與混合器接頭5相連，只允許進(jìn)少量天然氣，形成部分負(fù)荷；另一條由天然氣控制閥3控制的管道與接頭6相接，形成產(chǎn)生大動力的燃料供給。當(dāng)從發(fā)動機(jī)排氣岐管出來的高溫高壓廢氣流流經(jīng)增壓器的渦輪殼時，沖擊渦輪，使渦輪軸旋轉(zhuǎn)，與渦輪軸同軸安裝的壓氣機(jī)葉輪也一起旋轉(zhuǎn)，同時經(jīng)空氣濾清器濾清后的空氣被負(fù)壓吸入壓氣機(jī)殼，但此時的空氣在進(jìn)入壓氣機(jī)的過程中與天然氣充分混合為混合氣體了，旋轉(zhuǎn)的壓氣機(jī)葉輪將進(jìn)入壓氣機(jī)殼的混合氣甩向葉輪邊緣出氣口，使混合氣的流速和壓力升高，增壓后的混合氣體通過進(jìn)氣岐管進(jìn)入氣缸，由電腦控制的點(diǎn)火系統(tǒng)選擇最佳時機(jī)點(diǎn)火燃燒。
本天然氣單燃料增壓發(fā)動機(jī)適用的機(jī)型為80-260馬力，特別適合安裝在環(huán)保要求嚴(yán)格的城市公交車、旅游車及其它車型上。與同類機(jī)型的柴油機(jī)或汽油機(jī)比較，本機(jī)型造價(jià)與同類機(jī)型的柴油機(jī)相同，本發(fā)動機(jī)的扭矩略有提高，燃料的費(fèi)用下降30-40％，因此是一種非常有發(fā)展前景的發(fā)動機(jī)。
權(quán)利要求1.一種天然氣單燃料增壓發(fā)動機(jī)，包括一個燃?xì)夤┙o系統(tǒng)和空氣供給系統(tǒng)及其它裝置，所述的燃?xì)夤┙o系統(tǒng)包括壓縮天然氣貯于汽車攜帶的鋼瓶內(nèi)，鋼瓶的出氣口通過管道與一組串接的減壓器相接，減壓器的最后一級與一個分流接頭(1)相接，分流接頭(1)具有不同流量的兩個出口端，其中一個與一個閥芯(7)由步進(jìn)電機(jī)控制的天然氣控制閥(3)相接，所述的空氣供給系統(tǒng)包括由空氣濾清器組成的進(jìn)氣裝置，設(shè)置有廢氣渦輪增壓裝置，其特征在于設(shè)置一個混合裝置(2)，混合裝置(2)的進(jìn)氣口分別與燃?xì)夤┙o系統(tǒng)和空氣供給系統(tǒng)相接，混合裝置(2)的出口端與廢氣增壓渦輪的進(jìn)氣端相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天然氣單燃料增壓發(fā)動機(jī)，其特征在于所述的混合裝置包括一個混合器體(4)，混合器體(4)為一個管形元件，園周面上設(shè)置有一組天然氣進(jìn)氣接頭，混合器體的內(nèi)孔配合有一管形的混合器芯(7)，混合器體(4)內(nèi)孔的一端(8)與空氣供給裝置的出口相接，另一端(9)與廢氣增壓渦輪的進(jìn)氣口相接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種天然氣單燃料增壓發(fā)動機(jī)，其特征在于混合器體為一個薄壁管形元件，其直徑與管身長度的比通常為1∶0.8-1.5。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種天然氣單燃料增壓發(fā)動機(jī)，其特征在于混合器體(4)的內(nèi)孔下部設(shè)有一臺階孔(10)，孔的上部有一段消氣(11)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種天然氣單燃料增壓發(fā)動機(jī)，其特征在于混合器芯(7)的圓周上開有一圈環(huán)形凹槽(12)與進(jìn)氣接頭(5)和(6)的內(nèi)孔相通、槽(12)的底部開有一組均勻分布的通孔(13)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種天然氣單燃料增壓發(fā)動機(jī)，其特征在于混合器芯(7)的管壁(14)為變截面，將內(nèi)孔形成兩個方向相反的錐臺(15)、(16)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天然氣單燃料增壓發(fā)動機(jī)，其特征在于燃?xì)夤┙o系統(tǒng)由一組串接的減壓器對貯于鋼瓶內(nèi)的壓縮天然氣減壓，所述的一組減壓器設(shè)有電磁閥，減壓器最后一級與一個閥芯由步進(jìn)電機(jī)控制的天然氣控制閥(3)相接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種天然氣單燃料增壓發(fā)動機(jī)，其特征在于天然氣控制閥(3)的步進(jìn)電機(jī)由機(jī)載電腦進(jìn)行ECU控制，所述的機(jī)載電腦由微處理器組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種天然氣單燃料增壓發(fā)動機(jī)，其特征在于ECU控制原理包括通過實(shí)驗(yàn)采集發(fā)動機(jī)的各工況最佳狀態(tài)時，進(jìn)氣岐管絕對壓力傳感器，進(jìn)氣溫度傳感器，發(fā)動機(jī)水溫傳感器等各參數(shù)建立數(shù)據(jù)庫，發(fā)動機(jī)工作時，再根據(jù)進(jìn)氣岐管絕對壓力傳感器，進(jìn)氣溫度傳感器，發(fā)動機(jī)水溫傳感器的數(shù)據(jù)，由控制軟件進(jìn)行模擬分析和對比，查找出該工況下的最合適的控制閥參數(shù)，并輸出控制參數(shù)給步進(jìn)電機(jī)，控制天然氣的供氣量，使空氣/燃?xì)饣旌蠚怏w的比率達(dá)到理論比率。
專利摘要一種天然氣單燃料增壓發(fā)動機(jī)，包括一個燃?xì)夤┙o系統(tǒng)和空氣供給系統(tǒng)及其它裝置，所述的燃?xì)夤┙o系統(tǒng)包括壓縮天然氣貯于汽車攜帶的鋼瓶內(nèi)，鋼瓶的出氣口通過管道與一組串接的減壓器相接，減壓器的最后一級與一個分流接頭(1)相接，分流接頭(1)具有不同流量的兩個出口端，其中一個與一個閥芯(7)由步進(jìn)電機(jī)控制的天然氣控制閥(3)相接，所述的空氣供給系統(tǒng)包括由空氣濾清器組成的進(jìn)氣裝置，有廢氣渦輪增壓裝置，設(shè)置一個混合裝置(2)，混合裝置(2)的進(jìn)氣口分別與燃?xì)夤┙o系統(tǒng)和空氣供給系統(tǒng)相接，混合裝置(2)的出口端與廢氣增壓渦輪的進(jìn)氣端相接，本發(fā)動機(jī)的扭矩比同類機(jī)型略有提高，燃料的費(fèi)用下降30－40％。
文檔編號F02B37/00GK2918767SQ200520036558
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月15日
發(fā)明者萬義軍, 楊志勇, 程輝 申請人:東風(fēng)南充汽車有限公司