CN101696666A - 气动内燃机致动的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了气动内燃机致动的装置，气态LPG例如丙烷被用于致动由小型内燃机驱动或致动的预选设备，例如动力推动的割草机、除草机、打草机、吹落叶机等类似设备，燃料系统设有加热装置，以确保在所述设备的运行状态下从LPG油箱中排出的是气态LPG。

Description

气动内燃机致动的装置

本申请是申请日为2008年1月16日、申请号为200810001382.4、名称为“气动内燃机致动的装置”的发明专利申请的分案申请。

将2007年2月6日提交的美国未决申请No.11/702381所公开的内容和技术通过引用结合入本文。

技术领域

本发明涉及由以液化石油气(LPG)为燃料的内燃机致动的装置，特别是涉及这样的装置，其中，内燃机一直由气态的LPG致动并且可用于割草机、除草机、吹落叶机、打草机和类似装置中。

背景技术

迄今为止，在由大型内燃机致动的装置中，例如叉车、卡车、客车等装置和设备中，已知LPG被用作内燃机的燃料。相应地，LPG油箱容量非常大：大约为5加仑或更大，其中，从LPG油箱中抽出液态形式的LPG，这要求将LPG油箱设置在特定方位上，从而在内燃机的运行过程中只有液态LPG被抽出。此外，LPG油箱通常安装在远离发动机或任何在装置运行和/或操作过程中通常会形成热源的区域。

在所述装置的运行过程中，液态LPG通过输送管线行进到汽化器或汽化器/调节器结构中。汽化器或汽化器/调节器将液态LPG转变为气态LPG。当液态LPG转变成气态LPG时，液态LPG的蒸发潜热使得汽化器或汽化器/调节器的温度变得极低，并且在很多应用中会将液态LPG冻结成固态，从而使LPG停止流向发动机，除非对汽化器或汽化器/调节器采取加热措施。迄今为止，已有各种结构的装置被用于为汽化器或汽化器/调节器提供热量。在液冷内燃机中，经常将热的发动机冷却液导引通过汽化器或汽化器/调节器或引导到汽化器或汽化器/调节器附近，以将热量传递到其上。在气冷内燃机中，可以通过发动机冷却风扇迫使一些或所有热的排气产物从汽化器或汽化器/调节器上通过。在其它在先申请中，LPG输送管线可以紧邻排气歧管设置，或者将汽化器或汽化器/调节器紧密连接到排气歧管以从其接收热量。

在其它已知装置中，在汽化器或汽化器/调节器上设置有电动加热器。

因而，使用LPG大油箱的所述在先申请和装置通常需要很多复杂的结构装置和零部件，以确保液态LPG被转换为气态LPG。

在很多其它应用中不需要或不期望使用大油箱例如5加仑LPG油箱以及附属的复杂部件。例如，在很多由较小型内燃机致动的装置中通常期望使用小型LPG油箱(例如能容纳一或两磅LPG)。这类装置包括但不限于割草机、吹落叶机、打草机或类似装置。容量为一或两磅的LPG油箱已可容易获得，其广泛应用在露营行业，用来为便携炉、便携灯等提供LPG。尽管如此，在这些应用中，LPG油箱被定向，使得只有气态LPG排出LPG油箱，因而，LPG的冻结可能发生在LPG油箱内部而不是LPG油箱的外部。LPG油箱中发生的LPG冻结取决于气态LPG从LPG油箱中的流速。

然而，在很多应用中，期望设置LPG油箱，使得不需要为了使内燃机在气态LPG条件下运行而对LPG油箱进行特定定向。

因而，一直需要的也是本发明的另一目的的是，提供一种以LPG为燃料的内燃机装置，使用来自传统的一到两磅的LPG丙烷油箱中的丙烷作为LPG并且不需要对LPG油箱进行相对于重力的特定定向就可以另人满意地运行。

此外，很多在先的由以LPG为燃料的内燃机致动的设备使用丁烷作为LPG。这种设备在国外很多国家例如日本和韩国很常见。另一方面，在美国和欧洲非常容易获得丙烷LPG油箱。作为小型内燃机的燃料，与丁烷相比，丙烷的物理特性使得丙烷LPG油箱更有吸引力。例如，对于相同量的LPG，以丁烷为燃料的设备可以运行大约一个半小时，而以丙烷为燃料的设备可以运行大约三到四个小时。此外，在日本和韩国常见的丁烷LPG油箱只提供从瓶子抽出的气态丁烷，并且以内管供给以保证只有气体被抽出，而这需要较好地相对于重力进行定向。因为在大约31华氏温度下液态丁烷变成气态，这和传统所说的额定70华氏温度的标准运行温度的差别只有大约39华氏温度，这样由气化产生的冷却效果很小，当用在小型内燃机中时，不太可能在LPG油箱或系统中冻结。另一方面，液态丙烷在大约零下44华氏温度变成气态，这和传统所说的额定70华氏温度的标准运行温度的差别为大约114华氏温度。因而，远在LPG油箱由于消耗速率和温度用完之前，丙烷可能在LPG油箱中或在输送系统中的其它地方冻结成固态。与丁烷相反，丙烷需要防止被冻结成固态的结构。

发明内容

因而，本发明的一个目的是提供一种使用丙烷作为LPG的以LPG作为燃料的内燃机装置。

本发明的另一目的是使用传统的一到两磅LPG丙烷油箱来提供LPG。

本发明的另一目的是提供一种使用丙烷作为LPG的以LPG作为燃料的内燃机装置，其中，从用于提供LPG的传统的一到两磅LPG丙烷油箱中提供丙烷。

本发明的另一目的是提供一种使用丙烷作为LPG的以LPG作为燃料的内燃机装置，从用于提供LPG的传统的一到两磅LPG丙烷油箱中提供丙烷，并且不需要相对于重力对LPG油箱进行特定的定向就能令人满意地运行。

本发明的另一目的是提供一种使用丙烷作为LPG的以LPG作为燃料的内燃机装置，从用于提供LPG的传统的一到两磅LPG丙烷油箱中提供丙烷，并且不需要相对于重力对LPG油箱进行特定的定向就能令人满意地运行，其中，基本上防止了液态LPG在LPG油箱和至内燃机的气态输送系统中被冻结成固态LPG。

本发明的另一目的是提供一种使用丙烷作为LPG的以LPG作为燃料的内燃机装置，从用于提供LPG的传统的一到两磅LPG丙烷油箱中提供丙烷，其不需要相对于重力对LPG油箱进行特定的定向就能令人满意地运行，并且确保与运行过程中的方位无关地只将气态LPG丙烷从LPG油箱中抽出。

当用在以气态LPG为燃料的内燃机的剪草机中时，本发明的一种优选实施方式实现了本发明的上述和其它目的。所述实施方式具有含有气态和液态LPG丙烷的LPG油箱，该油箱以相对于重力竖直定向的方式设置，从而对于在较平整的表面对剪草机进行传统操作而言，液态LPG处在LPG油箱的排放阀处，但是对于剪草机的任何其它方位，例如在倾斜的草地表面上，也能令人满意地进行操作，即使气态LPG可能处在排放阀处。

通过安装支架将LPG油箱安装在内燃机上，从而与内燃机的一部分有热传递关系且与内燃机有振动传递关系，安装支架从内燃机的所述部分获得热量。来自安装支架的热量和振动被传递到LPG油箱，进而传递到LPG油箱中的LPG。安装支架还连接到LPG油箱的排放阀，从而给排放阀供热。

本发明中所用的LPG油箱的排放阀带有一个弹簧偏压的提升阀，当连接到标准安装插头上时，该提升阀从弹簧偏压的关闭位置运动到打开位置。所述标准安装插头具有一探针，当安装插头被连接到排放阀时，所述探针使得所述提升阀离开阀座。当液态丙烷在由LPG油箱中的气压所产生的压力下开始从LPG油箱流出时，提升阀上的孔的小尺寸使得液态汽化成气态。由于，根据液态LPG通过提升阀孔的流动速率，蒸发潜热可以导致排放阀过冷以致将液态LPG冻结成固态LPG，为了防止LPG的冻结，热量被提供给排放阀处的安装插头。通过将安装支架的一部分连接到安装插头上可以对所述排放阀进行加热。

气态LPG从安装插头开始供应通过断流阀，经过压力调节器并且进入内燃机的化油器中。所述化油器优选为传统的无阻塞的化油器，如果需要，可将化油器与压力调节器合并成一个单元。在内燃机的运行过程中于化油器中形成的真空将气态的LPG抽入化油器中。当真空基本上为零时，没有液态LPG被抽入化油器中。气态LPG仅与真空成比例地抽入化油器，从而使气态LPG的流动速率与内燃机需要的速率相同。

因此，根据本发明的原理，不管液态LPG还是气态LPG在排放口，都可以确保装置令人满意地运行。

在本发明的另一种实现上述目的的实施方式中，LPG油箱可以安装在由以LPG为燃料的内燃机致动的吹落叶机或者打草机上。由此，在运行过程中，吹落叶机或打草机以及LPG油箱可处于相对重力的任意方位。因为上述技术优点，所以通过只让气态丙烷LPG从LPG油箱流入内燃机的燃料供应系统能实现令人满意的运行。

附图说明

从以下结合附图的详细描述可以更好地理解本发明的上述或其它实施方式，在全文中相同的附图标记代表相同的元件，其中，

图1是当用在由以LPG为燃料的内燃机致动的割草机中时，本发明的一种优选实施方式的分解图；

图2是剖视图，示出了LPG油箱在如图1所示的实施方式中的内燃机上的安装；

图2A示出了本发明的燃油供给系统的流路的框图；

图3示出了当用在打草机、吹落叶机或类似装置中时本发明的另一种实施方式；以及

图4是LPG油箱安装在如图3所示的实施方式中的分解图。

具体实施方式

参见附图，图1和图2示出了一种实施方式，其中以LPG为燃料的内燃机装置总体上以10标示，所述装置使用来自传统的一到两磅LPG丙烷油箱的气态丙烷作为LPG，用来提供气态LPG，而且该装置不需要相对于重力对LPG油箱进行特定定向就能令人满意地运行。在该实施方式中，内燃机12被结合在被致动的割草机14上。LPG油箱16相对于如箭头11所示重力和处于其最常用方位上的割草机14而言设置在竖直安装位置，所述割草机14在使用过程中通常是水平的。所述LPG油箱16包括液化石油气18，例如优选的是丙烷，但是LPG丙烷可以包括带有少量添加剂例如丁烷、丙烯或所需的添加剂的丙烷混合物。所述油箱16中的LPG 18并未充满油箱，从而在油箱16中既有LPG 18的液态LPG 20也有气态LPG 22。根据本发明的主旨，用于为内燃机12提供燃料的LPG来自液态LPG 20，该液态LPG在LPG油箱的排放处并因此在进入内燃机12之前被汽化成气态。

油箱支架24用于将LPG油箱16支承在内燃机12上。在该实施方式中，油箱支架24通过汽缸盖螺栓28安装在汽缸盖26上。所述支架24优选结合有一快速脱扣器，例如一偏心夹紧装置，用于将LPG油箱16连接到油箱支架24，然而在特定应用中可以使用其它类型的连接装置例如弹性带、扣锁销、甚至钩和环带或类似装置。油箱支架24例如通过汽缸盖螺栓30固定在内燃机12的汽缸盖26上。

在本发明的优选实施方式中，油箱支架24紧密连接在内燃机12的一部分上，因而在内燃机12的运行过程中会接收来自内燃机12的振动和热量。从内燃机12传递到油箱支架24以及由此到LPG油箱16和LPG 18的振动搅动LPG 18，从而防止LPG 18由于在抽取LPG 18的过程中温度下降而冻结，下面会更详细地描述。此外，LPG18的这种搅动增加油箱16中的LPG 18的表面积34，从而导致油箱16中的气态LPG 22增加。

图2更加清晰地表明，本发明中使用的传统的一到两磅丙烷LPG油箱中设有排放阀32。所述排放阀32具有一个弹簧偏压的提升阀34，该提升阀34通常被弹簧36偏压在关闭位置。所述排放阀32被拧入具有探针40的安装插头38中，所述探针40使提升阀34克服弹簧36的偏压而离开阀座，从而允许液态LPG从此处流出。尽管如此，提升阀周围的流量孔42非常小，使得当液态丙烷20流过安装插头38时，其在排放阀32处被蒸发成气态丙烷22a。所述安装插头38的探针40具有限定气流通道40’的壁。

提供夹紧螺母44，其具有限定螺母中的气体存储容积48的壁46，该气体存储容积48与气流通道40’形成气流连通并且在内燃机12需要气态丙烷之前容纳气态丙烷22a。所述夹紧螺母44在44a处螺纹连接到安装插头38，并且将安装支架24的加热部24a夹紧在夹紧螺母44和安装插头38之间。所述安装支架24的加热部24a对安装插头38、排放阀32和夹紧螺母44进行加热，从而防止流过排放阀的孔42的气态丙烷被冻结。可在夹紧螺母44和安装插头38之间设置一个“○”形环50。

气态丙烷22a如箭头54所示流过连接器组件52。

安装支架24的油箱加热部24b与LPG油箱16有热传递和振动传递关系，能对其中的液态LPG进行加热和搅动。

图2A示出了根据本发明原理的燃料系统的流路的方框图。如图2A所示，气态丙烷22a从存储容积48流进气态传输管61，如箭头54a、54b和54c所示，经过断流阀60并且当断流阀处于打开位置时进入气态传输管61，经过压力调节器62进入无阻塞化油器64，从化油器64传送到内燃机12。断流阀60、压力调节器62和无阻塞化油器64可以是适合用于此目的的任何可商购的气态结构。当断流阀60被打开时，来自夹紧螺母44的存储容积48的气态丙烷22a可以以需要的量通过由内燃机12产生的真空流到内燃机12中。

参见图3和图4，图中示出了以LPG为燃料的内燃机装置的另一种优选实施方式，总体以100标示，该装置利用来自传统的一到两磅的LPG丙烷油箱的气态丙烷作为LPG，用于提供气态LPG，并且不需要相对于重力对LPG油箱进行特定定向就能令人满意地运行。如图所示，所述实施方式中的装置100结合入除草机、打草机、吹落叶机或类似装置中。此类型装置的动力单元经常被捆绑在使用者的背上，并且使用者在使用中可以任意弯曲，因而在操作过程中LPG油箱相对于重力方向的方位可能变化。

如图3和4所示，在上述有关装置10的实施方式的零部件中，很多都可用于本实施方式中的装置100。LPG油箱16通过安装支架24’与内燃机12相连，安装支架24’与上述实施方式的装置10中的安装支架24大致相似。安装支架24’设有固定带28，用于将LPG油箱16固定在安装支架24’上。在本实施方式的装置100中，安装支架24’连接到内燃机12的曲轴箱70上。曲轴箱70是内燃机12在运行过程中被加热的另一部分，由此将热量和振动从曲轴箱70传递到安装支架24’，并且通过部分24b’传递到LPG油箱16以及通过部分24a’传递到排放阀32，从而防止流过排放阀32的LPG从气态转变成固态。

抵着曲轴箱70或在曲轴箱70附近保持安装支架24’，从而将热和振动通过螺栓72和74传递到安装支架24’。箭头54a示出气态丙烷从LPG油箱16经过断流阀60到压力调节器62，箭头54b示出了从压力调节器62到化油器64。气态丙烷混入气流中进入过滤器78以及内燃机12的汽缸。

在图3和图4中，内燃机12的汽缸26’可以相对于重力方向11竖直布置，并且LPG油箱水平安装或与汽缸26’成直角安装。不管本实施方式中装置100相对于重力方向11的方位由于在使用过程中使用者(未示出)的弯曲或扭转而变化，都能保持汽缸26’和LPG油箱16之间的关系。因此，排放阀32处可能是液体丙烷也可能是气态丙烷。尽管如此，根据本发明的原理，因为热和振动是传递到LPG油箱16以及排放阀32的内容物上。因而，不管液态LPG是否有在油箱16中或排放阀32上冻结的趋势，所传递的热量和振动都足以使流入断流阀60中的为气态丙烷。

如果LPG油箱16中液态丙烷的液面在排放阀32以下，气态丙烷将从此处流到断流阀60。如果LPG油箱16中液态丙烷的液面在排放阀32以上，液态丙烷将如上所述转化成气态丙烷。无论丙烷可能在何处被冻结成固态，热传递和振动传递与丙烷的流动速率无关地防止这种冻结。

在本实施方式的装置100中，传统设计中的以80标示的反冲启动器可以结合在内燃机12上，如果需要，同样的反冲启动器可以结合入前述实施方式的装置10中。

从以上可以看出，本发明提供了一种改进的适用于致动各种类型装置的以气态为燃料的内燃机。其中，不管LPG油箱相对于重力的方位，并且不管出现在LPG油箱的排放处的是液态丙烷还是气态丙烷，只有气态LPG从LPG油箱流出。这种装置不需要LPG油箱下游的昂贵而复杂的加热装置，所述加热装置在将丙烷引入内燃机的化油器之前将液态丙烷转化成气态丙烷。

尽管以上参照各幅附图描述了本发明的具体实施方式，应该理解的是，这种实施方式通过例子只是并且仅仅示出了能代表本发明原则的应用的大量可能的具体实施方式的一小部分。对于本发明相关领域的技术人员而言，可以想到的是各种变化和修改被认为属于如在从属权利要求中进一步限定的本发明的主旨、范围和设计。

Claims (11)

1.一种安装装置，用于将含有液态和气态LPG的LPG油箱安装在能够以气态LPG作为燃料的内燃机上，其中，所述内燃机为预定的设备提供动力，LPG油箱具有排放阀，该排放阀带有弹簧偏压的提升阀，所述提升阀能够被偏压在关闭位置以防止气态或液态LPG从LPG油箱中释放出来，所述安装装置包括：

连接到排放阀的安装插头，该安装插头包括：

探针，其用于与LPG油箱的排放阀的提升阀接合，以使提升阀克服弹簧偏压而离开阀座，由此，液态LPG通过提升阀在通道中转变成气态LPG；和

限定气流通道的壁，所述气流通道用于接收来自排放阀的气态LPG；

夹紧螺母，其连接到安装插头并且具有限定气态存储容积的壁，该气态存储容积与安装插头的所述探针的所述气流通道的气流连通；

安装支架的排放阀加热部分，夹紧于所述安装插头和所述夹紧螺母之间，用于将热量和振动传递到包含所述排放阀的区域，以防止气态LPG被冻结并且转变成固态LPG；

连接到所述夹紧螺母的气态传输管，用于接收来自所述夹紧螺母的气态存储容积的所述气态LPG并且允许所述气态LPG从所述气态传输管流过；

气态LPG压力调节器，用于接收来自所述气态传输管的气态LPG，将所述气态LPG的压力调节到内燃机运行所需的值；

无阻塞化油器，用于接收来自所述压力调节器的气态LPG以及将所述气态LPG与环境空气以预定的比例混合，并且将气态LPG和环境空气的混合物传输到所述内燃机。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括：

所述安装支架的LPG油箱加热部分，其与所述LPG油箱具有热量传递和振动传递关系，用于加热和振动所述LPG油箱中的LPG，以防止所述LPG油箱中的LPG被冻结。

3.根据权利要求2所述的装置，其中：

所述安装插头与所述排放阀的所述连接是螺纹连接。

4.根据权利要求2所述的装置，其中：

所述夹紧螺母到所述安装插头的所述连接是螺纹连接。

5.根据权利要求3所述的装置，还包括：

“O”形密封环，其处于所述夹紧螺母、所述安装支架的排放阀加热部分和所述LPG油箱的所述排放阀之间。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，

所述安装支架被安装成与内燃机的汽缸盖有热传递和振动传递关系。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，

所述安装支架螺栓连接到所述内燃机上。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，

所述LPG油箱相对于重力方向竖直设置，以使当由所述内燃机致动的设备基本正常运行时，在所述LPG油箱的所述排放阀处提供液态LPG。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，

所述设备是割草机。

10.根据权利要求1所述的装置，其中，

对于处于竖直位置的设备，所述LPG油箱与重力方向成直角地设置，根据设备相对于重力方向的方位以及LPG油箱中LPG的量，液态或气态LPG存在于所述LPG油箱的排放阀处。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，

所述设备从包括打草机、吹落叶机和除草机的组中选择。

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