CN101245755A - 单缸四冲程气体燃料发动机 - Google Patents

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gaseous propellant
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刘胜吉
王建
张顺
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CHANGZHOU CHANGRUI TIANLI POWER MACHINERY Co Ltd
Jiangsu University
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CHANGZHOU CHANGRUI TIANLI POWER MACHINERY Co Ltd
Jiangsu University
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Abstract

本发明涉及一种发动机，特别是一种使用气体燃料的单缸四冲程发动机。具有设置有气缸盖和活塞的机体，气缸盖上设置有火花塞以及进气道，进气道下方为活塞，机体的气缸盖底面与活塞顶面间为燃烧室，燃烧室在火花塞与进气道的下方，燃烧室联接有点火装置，并分别与进气道和排气装置联通。本发明通过对点火装置、燃烧室等的改进，提高了发动机功率，节省能源(耗气少)，排放低，成本低且安全和可靠。

Description

单缸四冲程气体燃料发动机
技术领域
本发明涉及一种发动机，特别是一种使用气体燃料的单缸四冲程发动机。
背景技术
气体燃料发动机一般多以汽油机或柴油机为原机、经改装并进行优化设计的发动机，由于单缸发动机结构和用途等特点，一些车用发动机上的先进技术因结构或成本等因素不可能使用，目前采用机械的进气混合器的气体发动机功率要较汽油机或柴油机为原机的下降10-20％，尾气有害排放物也较高，排放不能达到有关国家的排放法规；机外净化一般采用催化转换器等措施但相对成本较高，并且会产生发动机消声器表面局部过热带来安全危险。
单缸气体燃料发动机采用火花点火燃烧，目前都没有点火提前角自动调整装置，这样为保证低速大负荷正常工作，点火提前角设定较小，造成发动机标定工况燃烧滞后，排温高、功率小，气体发动机功率要较汽油机或柴油机原机下降，同时燃烧不及时、不完善，发动机排放差。单缸气体燃料发动机采用均质混合气，因而燃气与空气混合的均匀性、燃气与空气在发动机工作的各种工况的混合比例合适是保证良好燃烧的基础；因此高性能、低排放、安全可靠的单缸气体燃料发动机还需从燃气与空气混合、点火、燃烧及降低排气有害物等入手开展研究。
发明内容
本发明的目的是对现有的单缸气体燃料发动机的上述缺陷，设计一种能有效提高功率、降低排放的单缸四冲程气体燃料发动机。
本发明的目的是由以下技术方案实现：
单缸四冲程气体燃料发动机，具有设置有气缸盖和活塞的机体，气缸盖上设置有火花塞以及进气道，进气道下方为活塞，机体的气缸盖底面与活塞顶面间为燃烧室，燃烧室在火花塞与进气道的下方，燃烧室联接有点火装置，并分别与进气道和排气装置联通，其特征在于：a，点火装置包括可检测机体内曲轴转速与角度的转速信号发生器、接收转速信号发生器信号的且带有点火始点延迟电路模块的点火控制电路、由点火控制电路控制的点火线圈以及联接点火线圈的火花塞；b，燃烧室内设置有一凹坑状的快速燃烧室，火花塞的端部伸出气缸盖底面并对着快速燃烧室；c，排气装置包括设置在发动机气缸盖底部的排气门、排气管以及排气消声器，排气门通过排气管与排气消声器内腔分隔出的消声器第一腔相连，排气管的侧壁表面开有通气孔，在通气孔处安装有单向阀。
前述中的进气道为螺旋式进气道。
前述方案中的单向阀的轴线与排气装置的气流方向有40～90度的夹角。
前述的排气门到排气管与消声器第一腔的联接处的轴线长度不大于300mm，消声器第一腔的容积不大于2倍气缸工作容积。
前述的火花塞的中心与燃烧室的中心有一火花塞偏心，其大小为不大于5％的快速燃烧室直径。
前述的气缸盖的底面与快速燃烧室上表面间有一不大于1.5％气缸直径的气缸余隙。
本发明的点火装置可使发动机在高速工作时，发动机点火提前角大，低速工作时，发动机点火提前角自动变小，不同工况的点火提前的角度由试验确定后通过在点火控制电路内的点火始点延迟电路模块的附加延时功能来实现，这样可保证在各种大负荷工况下，发动机不出现爆震等不正常燃烧的问题，从而提高发动机标定功率，此外适当的点火提前角可使发动机功率、排放等综合性能优化；燃烧室的设计则提供了一种燃气发动机专用的速燃燃烧装置，可控制燃烧的进展，燃烧室内设置凹坑状的，火花塞中心与燃烧室中心偏心不大于5％凹坑直径，使火焰传播距离短，气缸盖进气道为低涡流的旋流结构(涡流比小于2)，使气体进入气缸后有旋流运动，气缸余隙不大于1.5％的气缸直径，造成缸内挤流运动强，通过适当的气流运动来强化燃烧，使缸内燃烧速度加快，持续期短，燃烧及时。在排气装置中加装单向阀以二次供给空气，在消声器内能形成再燃烧的热反应器，热反应器实体为消声器第一腔，腔体体积与气缸工作容积成比例变化，消声器与发动机排气门间的排气管要尽可能的短，长度以小于300mm为宜，气缸内燃烧组织按低NOX和排气温度略高的方式进行，二次补气供给的适量氧气使缸内未完全燃烧的尾气在缸外再燃烧，从而降低CO和HC，合适的气体燃料速燃燃烧系统和用排气脉冲的单向阀供气实现在缸外的二次再燃烧热反应器的组合，从而降低发动机有害气体的排放。
本发明提高了发动机功率，节省能源(耗气少)，排放低，成本低且安全和可靠。
附图说明
图1为本发明具体实施方式的结构示意图；
图2为图1中点火装置的电路方框示意图；
图3为图1中燃烧室的结构示意图；
图4为图1中排气装置的结构示意图。
1为机体，2为气缸盖，3为活塞，4为燃烧室，5为点火装置，6为进气道，7为排气装置，51为火花塞，41为快速燃烧室，511为火花塞中心，411为燃烧室中心，e为火花塞偏心，e1为压缩余隙，71为排气管，72为排气门，73为单向阀，74为消声器第一腔，75为排气消声器，76为通气孔，52为转速信号发生器，531为点火始点延迟电路模块，53为点火控制电路，54为点火线圈。
具体实施方式
以下结合附图说明本发明的具体实施方式。
单缸四冲程气体燃料发动机，具有设置有气缸盖2和活塞3的机体1，气缸盖2上设置有火花塞51以及螺旋式结构的进气道6，进气道6下方为活塞3，机体1的气缸盖2底面与活塞3顶面间为燃烧室4，燃烧室4在火花塞51与进气道6的下方，燃烧室4联接有点火装置5，并分别与进气道6和排气装置7联通，点火装置5包括可检测机体1内曲轴转速与角度的转速信号发生器52、接收转速信号发生器52信号的且带有点火始点延迟电路模块531的点火控制电路53、由点火控制电路控制53的点火线圈54以及联接点火线圈54的火花塞51；燃烧室4内设置有一凹坑状的快速燃烧室41，火花塞51的端部伸出气缸盖2底面并对着快速燃烧室41，火花塞中心511与燃烧室中心411有一火花塞偏心e，其大小为3％的快速燃烧室41的直径，气缸盖2的底面与快速燃烧室41上表面间有一1.5％气缸直径的气缸余隙e1；排气装置7包括设置在发动机气缸盖2底部的排气门72、排气管71以及排气消声器75，排气门72通过排气管71与排气消声器75内腔分隔出的消声器第一腔74相连，排气管71的侧壁表面开有通气孔76，排气门72到排气管71与消声器第一腔74的联接处的轴线长度为250mm，消声器第一腔74的容积1.5倍于气缸工作容积，在通气孔76处安装有单向阀73，单向阀73的轴线与排气装置7的气流方向有45度的夹角。

Claims (6)

1. 单缸四冲程气体燃料发动机，具有设置有气缸盖和活塞的机体，气缸盖上设置有火花塞以及进气道，进气道下方为活塞，机体的气缸盖底面与活塞顶面间为燃烧室，燃烧室在火花塞与进气道的下方，燃烧室联接有点火装置，并分别与进气道和排气装置联通，其特征在于：a，点火装置包括可检测机体内曲轴转速与角度的转速信号发生器、接收转速信号发生器信号的且带有点火始点延迟电路模块的点火控制电路、由点火控制电路控制的点火线圈以及联接点火线圈的火花塞；b，燃烧室内设置有一凹坑状的快速燃烧室，火花塞的端部伸出气缸盖底面并对着快速燃烧室；c，排气装置包括设置在发动机气缸盖底部的排气门、排气管以及排气消声器，排气门通过排气管与排气消声器内腔分隔出的消声器第一腔相连，排气管的侧壁表面开有通气孔，在通气孔处安装有单向阀。
2. 根据权利要求1所述的单缸四冲程气体燃料发动机，其特征在于：所述的进气道为螺旋式进气道。
3. 根据权利要求1所述的单缸四冲程气体燃料发动机，其特征在于：所述的单向阀的轴线与排气装置的气流方向有40～90度的夹角。
4. 根据权利要求1所述的单缸四冲程气体燃料发动机，其特征在于：所述的排气门到排气管与消声器第一腔的联接处的轴线长度不大于300mm，消声器第一腔的容积不大于2倍气缸工作容积。
5. 根据权利要求1所述的单缸四冲程气体燃料发动机，其特征在于：所述的火花塞的中心与燃烧室的中心有一火花塞偏心，其大小为不大于5％的快速燃烧室直径。
6. 根据权利要求1所述的单缸四冲程气体燃料发动机，其特征在于：所述的气缸盖的底面与快速燃烧室上表面间有一不大于1.5％气缸直径的气缸余隙。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101968010A (zh) * 2010-10-28 2011-02-09 江苏大学 一种四冲程小型汽油机用压铸气缸盖及其制造方法
CN114810328A (zh) * 2022-05-20 2022-07-29 潍柴动力股份有限公司 一种燃烧室及气体发动机

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CN101968010B (zh) * 2010-10-28 2013-10-23 江苏大学 一种四冲程小型汽油机用压铸气缸盖及其制造方法
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