CN103511128B - 燃气发动机负载自适应燃气装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种燃气发动机负载自适应燃气装置，其包括空气和燃气的通道和入口、混合气通道和出口、上下膜片组件、燃气腔室、混气腔室、空气腔室，燃气腔室、混气腔室、空气腔室分别由上膜片组件和下膜片组件分隔开，上膜片组件通过调节螺杆与下活塞固定为一整体，下膜片通过压盘与上活塞固定为一整体，活塞套上分别设有供空气、燃气进入和混合气体输出的量孔，量孔随活塞头的运动呈现封堵或敞开状态；上、下膜片组件可随气压变化上下移动，带动上、下活塞垂直移动，从而改变空气、燃气量孔量孔大小。该装置除可根据发动机需求自动提供混合燃气量以外，还可根据负载变化要求自动调节混合燃气的浓度，以达到改善发动机动力性能和节能的目的。

Description

燃气发动机负载自适应燃气装置

技术领域

本发明属于燃气发动机技术领域，具体 涉及一种燃气发动机负载自适应燃气装置。

背景技术

传统的发动机燃气装置一般采用减压调节器和混合器组成（文丘里或比例式），这种燃气装置，对于稳定压力的燃气经减压稳压后可以比较准确的按比例与空气进行混合，燃气浓度基本保持不变，能为发动机提供较为稳定的混合气。这些燃气装置存在的问题是：1.不能按照发动机的进气需求提供混合燃气，造成的直接结果就是混合气燃烧的效率降低；2.进气气源不稳定时装置不能自动调整供气量和进气混合比，造成的直接结果就是震动或死火停机；3.对于不洁、含尘量大或品质不高的燃料，传统装置非常敏感，不能稳定工作；此外，在发动机带动的负载发生变化时，不能自动调整供气量和空燃气混合比，导致转速波动，致使发动机工作不稳定，同时导致高气耗和高排放。

近期出现的发动机燃气装置（例如，ZL201210353902.4和201220485117.X）虽然能够解决上述1～3的问题，但是结构复杂，且工作稳定度不高，功率损耗大，无论是传统的还是现有的燃气装置都不能解决由于负载变化所带来的上述一系列问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是传统的和现有的燃气装置不能根据负载变化自动调整燃气浓度和混合气的进气量，使其满足发动机的“最佳所需”，达到“自动适应负载变化”效果。本发明工作稳定度高（负载变化时保持转速不变）且可提高发动机输出功率10～20 %，同时解决现有的燃气装置结构复杂，节能效果较差的问题，本发明可提高燃烧效率，节能15%左右。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案: 燃气发动机负载自适应燃气

装置，包括具有容纳空腔的外壳和设于空腔中的空气腔室、燃气腔室和混气腔室，外壳上设有空气入口、燃气入口和混合气出口，外壳内表面和空气腔室、燃气腔室的腔壁之间分别形成空气通道和燃气通道，其特征在于，还包括上、下膜片组件，上膜片组件分隔燃气腔室和混气腔室，下膜片组件分隔空气腔室和混气腔室,混气腔室的上下膜片间设有从外壳延生出来的带孔隔板；

上膜片组件包括上膜片、上压盘、下压盘、第一弹簧、调节螺杆和下活塞头。上膜片固设于上、下压盘之间且上膜片边沿与腔壁固定连接，调节螺杆贯穿上、下膜片组件和带孔隔板，且下端与下活塞头连接，下活塞头内腔下端面设有第一弹簧,第一弹簧的一端连接下活塞头端部,另一端延伸至活塞套内腔底端；

下膜片组件包括下膜片、压盘、上活塞头，压盘、下膜片和上活塞顺次相互贴合固设为一整体，下膜片的边沿与腔壁固定连接，第二弹簧连接于上活塞头内腔底部与从外壳延生出来的带孔隔板之间；

上、下活塞头外包裹设有与其配合的活塞套，活塞套与壳体内腔的下端连接，活塞套上分别设有供空气、燃气进入和混合气体输出的量孔，量孔随活塞头的运动呈现封堵或敞开状态，上下膜片均由具有弹性的软质材料构成。

外壳和活塞套以及上下膜片间形成混合气的混气腔室，通过上、下活塞的轴向孔以及隔板孔将其各部分联通。

采用上述技术方案，本发明中，外壳内表面和空气腔室、燃气腔室的腔壁之间分别形成空气通道和燃气通道，空气通道分别连通外壳上的空气入口和活塞套的空气量孔，燃气通道分别连通外壳上的燃气入口和活塞套的燃气量孔，活塞套的混合气量孔与混合气混气腔室连通。

实现方案：发电机起动前,由于第一弹簧、第二弹簧预压力作用使得上、下膜片组件分别处于外壳内空腔上下极限位置，这时上活塞头将活塞套上的空气量孔和燃气量孔全部封堵，这时空气、燃气均无法进入混合气混气腔室，另一方面下活塞头将混合气量孔大部分封堵，保留一小间隙；当发动机起动吸气时，发动机可通过下活塞头与混合气量孔间的间隙，在混合气混气腔室内产生负压，致使上膜片组件下移，下膜片组件上移，第一弹簧和第二弹簧均被进一步压缩，从而带动上活塞头向上移动，带动下活塞头向下移动，与活塞套上的燃气量孔、空气量孔、及混合气量孔同时错位打开，由于外部的气压大于活塞套内的气压，确保空气和燃气进入混气腔室内且迅速混合，进入发动机内点火爆燃；如果发动机进气需求量大，在活塞套内的混合气混气腔室产生的负压就越大，各量孔的口径也越大，混合气进气也越多，反之，混合气进气越小；当发动机停止吸气后，上、下膜片组件又分别回到外壳内腔上下极限位置，这时上活塞头将活塞套上的空气量孔和燃气量孔全部封堵；当发动机开始第二轮进气后，就会重复上述过程。这就是“按照发动机的进气需求提供混合燃气”的工作原理和过程。

通过上述结构首先可以满足两点基本要求：1、可以根据发动机的需求（负压的大小），决定空气量孔和燃气量孔量孔的大小。也决定空气和燃气的进入量，实现发动机“吸气量的自适应”调节；2、对于燃气可以比较准确的按比例与空气进行混合，燃气浓度基本保持不变，能为发动机提供较为稳定的混合气。同时与现有的燃气装置相较，本发明的零件更少，所以结构更加简单，安装更加方便。

本发明进一步还可以解决在负载变化的情况下，造成的输出转速不稳定和燃气的浪费的问题。其原理是根据负载变化，调节燃气和空气的“混合比”，以适应负载的增加或减少，也就是改变混合气的浓度，提高燃烧效率，满足负载的变化，达到改变功率，稳定转速的目的。

为了解决上述进一步的技术问题，本发明提供如下技术方案：所述燃气入口处设有燃气阀门，燃气阀门包括阀体，阀体上设有可调节气体流量大小的旋转节气门，旋转节气门通过联轴器连接机械随动装置或液压随动装置，其输出端连接节气门的转轴，输入端通过离心测速机构连接发动机的输出转轴。可以通过旋转节气门，来调节燃气的进入量。例如：当负载增大时，发动机转速减小，需要比稳定状态时更大的动力，这时，离心测速机构位移，推动随动装置输入连杆动作，输出连杆则推动节气门旋转，增大节气门的开口，导致燃气通道的气压增加，燃气进入燃气通道的进入量增大，在进入发动机混合气一定的情况下，空气的进入量就会减少，两种气体在同时进入混气腔室的过程中，燃气的进入量就较大，增大了燃气与空气的混合比（燃气浓度增加）；当负载减小时，发动机需要比稳定状态时更小的动力，这时，减小节气门的开口，燃气进入燃气通道的进入量减小，而空气的进入量相应增加，在两种气体进入混气腔室的过程中，减小了燃气与空气的混合比

（燃气浓度减小），这样可以根据负载的大小“自适应”调节燃气和空气的混合比，“按需

供气”节约能源。

如果“混合比”不随负载变化，当负载增大时需更多的混合气才能提高功率，稳定转速；当负载减小时，提供了多余的燃气，造成燃气的浪费。

通过上述结构和方式可解决在负载变化的情况下，导致输出转速不稳定且带来燃气的浪费的问题。

进一步，还包括电子调速控制器，电子调速控制器的信号输入端连接发动机上的测速传感器，控制输出端连接节气门处的执行电机，电子调速控制器根据测速传感器采集的转速参数，与其内部设定的转速参数进行比对，根据比对结果，对燃气的进入量进行智能调整。例如：当发动机转速低于设定值时（参数比对后），电子调速控制器向执行电机输出“增大”驱动脉冲，执行电机旋转节气门，向“增大”节气门开口的方向旋转，确保增加的燃气进入燃气腔室，再进入混气腔室，最后进入发动机气缸；当发动机转速高于设定值时（参数比对后），控制动作向“减小”的方向调整，刚好与前述过程动作相反。上述方式主要是通过电子控制装置智能调整燃气在混合气体中的比例（自动改变燃气浓度），此种“闭环自动控制”方式使发动机的转速更加稳定且转速调节更加精确，节能效果更好，提升了发动机的品质，也就是真正意义上的负载“自适应”。

进一步，所述活塞套上设有可使其转动的旋转杆，推动旋转杆带动活塞套转动，可改变活塞套上进气孔所通过的空气、燃气截面面积的比例，进而达到调控空气、燃气的进气量大小，粗步调整空气和燃气的混合比。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明燃气发动机负载自适应燃气装置气压平衡( 发动机启动前)状态下

的结构示意图；

图2为本发明燃气发动机负载自适应燃气装置负压( 发动机进气)状态下的结构

示意图；

图3为图2A—A剖视图；

图4为本发明燃气发动机负载自适应燃气装置实施例2的结构示意图；

图5为本发明燃气发动机负载自适应燃气装置实施例3和实施例4的俯视图。

具体实施方式

实施例1：

如图1、2、3所示：燃气发动机负载自适应燃气装置，包括具有容纳空腔的外壳1

（由1-1、1-2、1-3、1-4、1-5五个零件组合、固定而成）和设于空腔中的空气腔室2、燃气腔室3和混气腔室4，外壳上设有空气入口5、燃气入口6和混合气出口7，外壳内表面和空气腔室2、燃气腔室3的腔壁之间分别形成空气通道8和燃气通道9，还包括上膜片组件10，下膜片组件11，上膜片组件10分隔燃气腔室3和混气腔室4，下膜片组件11分隔空气腔室2和混气腔室4,混气腔室的上下膜片间设有从外壳延生出来的带孔隔板22；

上膜片组件10包括上膜片12、两个对称安装的上压盘13、第一弹簧15、调节螺杆16和下活塞头17。上膜片12固设于两个上压盘13之间且上膜片12边沿与腔壁固定连接，调节螺杆16贯穿上膜片组件10、下膜片组件11和带孔隔板22，且下端与下活塞头17连接，下活塞头17内腔下端面设有第一弹簧15,第一弹簧15的一端连接下活塞头17端部,另一端延伸至活塞套内腔底端；

下膜片组件11包括下膜片18、下压盘14、上活塞头19，下压盘14、下膜片18和上活塞19顺次相互贴合固设为一整体，下膜片的边沿与腔壁固定连接，第二弹簧20连接于上活塞头内腔底部与从外壳延生出来的带孔隔板22之间；

上、下活塞头外包裹设有与其配合的活塞套21，活塞套21与壳体内腔的下端连接，活塞套上分别设有供空气、燃气进入和混合气体输出的量孔，量孔随活塞头的运动呈现封堵或敞开状态，上下膜片均由具有弹性的软质材料构成

外壳1和活塞套21以及上下膜片间形成混合气的混气腔室4（由4-1、4-2、4-3、4-4四个部分组成），通过上、下活塞的轴向孔以及隔板22孔将其各部分联通。

燃气入口6处设有燃气阀门23，燃气阀门23包括阀体24，阀体24上设有可调节气体流量大小的旋转节气门25，旋转节气门25通过联轴器26连接随动装置（机械或液压）输出

端，随动装置的输入端连接离心测速器机构36输出端，离心测速器机构36的输入端连接

发动机28的输出轴。

采用上述技术方案后，外壳内表面和空气腔室2、燃气腔室3的腔壁之间分别形成空气通道8和燃气通道9，空气通道8分别连通外壳上的空气入口5和活塞套的空气量孔33，燃气通道分别连通外壳上的燃气入口6和活塞套21的燃气量孔32，活塞套21的混合气量孔与混合气混气腔室4连通。

实现方案：发动机起动前,由于第一弹簧15、第二弹簧20在预压力作用下，使得上膜片组件10和下膜片组件11分别处于外壳1内空腔上下极限位置，这时上活塞头将活塞套上的空气量孔33和燃气量孔32全部封堵，这时空气、燃气均无法进入混合气混气腔室4，另一方面下活塞头17将混合气量孔34大部分封堵，二者仅保留一小间隙；当发动机起动吸气时，发动机可通过下活塞头17与混合气量孔34间的间隙，在混合气混气腔室4内产生负压，致使上膜片组件10下移，下膜片组件11上移，第一弹簧15和第二弹簧均20被进一步压缩，从而带动上活塞头19向上移动，带动下17活塞头向下移动，与活塞套上的燃气量孔32、空气量孔33、及混合气量34孔同时错位打开，由于外部的气压大于活塞套内的气压，确保空气和燃气进入混气腔室内且迅速混合，进入发动机内点火爆燃；如果发动机进气需求量大，在活塞套内的混合气混气腔室4产生的负压就越大，各量孔的口径也越大，混合气进气也越多（如图二所示），反之，混合气进气越小；当发动机停止吸气后上膜片组件10和下膜片组件11又分别回到外壳内腔上下极限位置，这时上活塞头17将活塞套21上的空气量孔33和燃气量孔32全部封堵；当发动机开始第二轮进气后，就会重复上述过程。这就是“按照发动机的进气需求提供混合燃气”的工作原理和过程。

当负载增大时，发动机转速减小，需要比稳定状态时更大的动力，这时，离心测速机构36位移，推动随动装置输入连杆动作，输出连杆则推动节气门25旋转，增大节气门的开口，导致燃气进入燃气通道9的进入量增大，在进入发动机混合气一定的情况下，空气的进入量就会减少，两种气体在同时进入的过程中，燃气的进入量就较大，增大了燃气与空气的混合比（燃气浓度增加）；当负载减小时，发动机需要比稳定状态时更小的动力，这时，减小节气门25的开口，燃气进入燃气通道9的进入量减小，而空气的进入量相应增加，在两种气体进入混气腔室的过程中，减小了燃气与空气的混合比

（燃气浓度减小），这样可以根据负载的大小“自适应”调节燃气和空气的混合比，“按需

供气”节约能源。

实施例2：

如图2、3、4所示：与实施例1不同的是：还包括电子调速控制器29，电子调速控制器29的信号输入端连接发动机28上的测速传感器30，控制输出端连接节气门25处的执行电机27，电子调速控制器29根据测速传感器30采集的转速参数，与其内部设定的转速参数进行比对，根据比对结果，对燃气的进入量进行智能调整。例如：当发动机28转速低于设定值时（参数比对后），电子调速控制器29向执行电机27输出“增大”驱动脉冲，执行电机27旋转节气门，向“增大”节气门25开口的方向旋转，确保增加的燃气进入燃气腔室3，再进入混合气腔4，最后进入发动机28气缸；当发动机28转速高于设定值时（参数比对后），控制动作向“减小”的方向调整，刚好与前述过程动作相反。上述方式主要是通过电子控制装置29智能调整燃气在混合气体中的比例（自动改变燃气浓度），此种“闭环自动控制”方式使发动机28的转速更加稳定且转速调节更加精确，节能效果更好，提升了发动机28的品质，也就是真正意义上的负载“自适应”。

实施例3：

如图5所示：与实施例1、2不同的是：活塞套21上设有可使其转动的旋转杆31，推动旋转杆31可改变活塞套21上进气孔所通过的空气、燃气截面面积的比例，进而达到调控空气、燃气的进气量大小，粗步调整空气和燃气的混合比。

上述3个实施例中所述的膜片选用具有弹性的软质材料，这样在感受压力变化时会比较灵敏。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (5)

1.燃气发动机负载自适应燃气装置，包括具有容纳空腔的外壳和设于空腔中的空气腔室、燃气腔室和混气腔室，外壳上设有空气入口、燃气入口和混合气出口，外壳内表面和空气腔室、燃气腔室的腔壁之间分别形成空气通道和燃气通道，其特征在于，还包括上、下膜片组件，上膜片组件分隔燃气腔室和混气腔室，下膜片组件分隔空气腔室和混气腔室,混气腔室的上下膜片间设有从外壳延生出来的带孔隔板；上膜片组件包括上膜片、上压盘、下压盘、第一弹簧、调节螺杆和下活塞头，上膜片固设于两个对称安装的上压盘之间且上膜片边沿与腔壁固定连接，调节螺杆贯穿上、下膜片组件和带孔隔板，且下端与下活塞头连接，下活塞头内腔下端面设有第一弹簧,第一弹簧的一端连接下活塞头端部,另一端延伸至活塞套内腔底端；下膜片组件包括下膜片、压盘、上活塞头，压盘、下膜片和上活塞头顺次相互贴合固设为一整体，下膜片的边沿与腔壁固定连接，第二弹簧连接于上活塞头内腔底部与从外壳延生出来的带孔隔板之间；上、下活塞头外包裹设有与其配合的活塞套，活塞套与空腔的下端连接，活塞套上分别设有供空气、燃气进入和混合气体输出的量孔，量孔随活塞头的运动呈现封堵或敞开状态，上下膜片均由具有弹性的软质材料构成；外壳和活塞套以及上下膜片间形成混合气的混气腔室，通过上、下活塞头的轴向孔以及隔板孔将其各部分联通。

2.根据权利要求1所述的燃气发动机负载自适应燃气装置，其特征在于，所述燃气入口处设有燃气阀门，燃气阀门包括阀体，阀体上设有可调节燃气输入量大小的旋转节气门，旋转节气门通过联轴器连接执行电机，也可连接机械随动装置或液压随动装置。

3.根据权利要求2所述的燃气发动机负载自适应燃气装置，其特征在于，还包括电子调速控制器，电子调速控制器的信号输入端连接发动机上的测速传感器，控制输出端连接节气门处的执行电机。

4.根据权利要求1所述的燃气发动机负载自适应燃气装置，其特征在于，所述活塞套上设有可使其转动的旋转杆。

5.根据权利要求2所述的燃气发动机负载自适应燃气装置，其特征在于，还包括机械随动装置或液压随动装置，其输出端连接节气门的转轴，输入端通过离心测速机构连接发动机的输出转轴。