CN103939201B - 叉车用多点喷射式天燃气发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明设计叉车发动机领域，具体涉及一种多点喷射式天燃气发动机。本发明包括供给天燃气的燃料供给系统和控制燃料供给系统的电子控制系统。电子控制系统包括中央控制器和多个传感器，中央控制器其能够根据传感器获得的数据控制燃料供给系统中的四缸喷阀向气缸中喷射定量的石油液化气燃料。本发明是根据天燃气的物理性质及提高发动机工作效率而设计研发。产品投入使用后，能够节约大量的能源燃料，保护环境，取得巨大的经济和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及发动机领域，具体涉及一种叉车用多点喷射式天燃气发动机。
背景技术
叉车在企业的物流系统中扮演着非常重要的角色，是物料搬运设备中的主力军。广泛应用于车站、港口、机场、工厂、仓库等国民经济中的各个部门，是机械化装卸、堆垛和短距离运输的高效设备。
现有叉车大多是使用普通石油常规燃料（如柴油、汽油）的。随着全世界范围内的能源紧张和对环境保护日益严格的要求。使用通石油常规燃料的叉车的缺陷日益突出。首先，使用普通石油常规燃料的叉车需要消耗大量的石油燃料，据统计一台3吨使用93号汽油的内燃叉车每年需要使用的汽油量高达13吨其燃料成本将达到10万元。其次，使用燃油而产生的二氧化碳、颗粒物以及含氮有害物质会成为严重影响环境危害人体健康。随着国家节能战略和环境保护战略的实施，改变叉车能源消耗的种类，使用低污染高效率的新兴能源，成为了叉车产业发展的一个重要方向。
目前，在可知范围内，使用天燃气作为代替石油、柴油作为新的叉车发动机燃料是一个非常好的选择。其理由如下：
1、大大减少废气排放，使用天燃气与汽油相比，其排放的CO要减少80%，颗粒物要减少75%，NOx也有明显下降。
2、有利于改善发动机的润滑状况。使用天燃气作燃料，由于进入发动机的混合气为干式混合气，故不令出现使用汽油时那种汽油雾化不佳，(汽油在进入气缸时由于汽油冲刷气缸壁，破坏润滑油膜，造成的气缸和活塞的早期磨损并使润滑油被稀释和劣化，致使发动机其他转动部件磨损等不良现象)同时因燃烧时极少积硫润滑状态好可延长发动机的寿命一倍以上，同时也使机油的使用时间延长，降低发动动机的维修费用。
3、有利于改善发动机的工作状况。由于天燃气的主要成份是丙坑，辛坑值达到120以上，不易发生爆震现象，能明显降低由于燃烧充分并不结碳从而大大延长发动机的大修时间，节约约维修资金50-80%。
4、有利于降低燃料成本、根据理论侧算和实践证明，一升汽油和一升天燃气所跑的里程基本相同，每升天燃气的价格比汽油便宜便宜近一半。
综上，选用天燃气作为叉车的新型动力源将取得巨大的经济效益和社会效益。为此改进叉车的发动机结构，设计出适合使用天燃气的发动机是实现上述目的的关键所在。
发明内容
为解决上述技术问题，我们提出了一种叉车用多点喷射式天燃气发动机，其目的是，改造现有的叉车发动机结构，使之适应使用天燃气燃料。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
叉车用多点喷射式天燃气发动机，它包括发动机气缸盖，向发动机气缸活塞燃烧室供给天燃气的燃料供给系统，控制燃料供给系统的电子控制系统，
所述的燃料供给系统包括电磁阀、减压器、四缸喷阀，一根进气管依次将电磁阀、减压器、四缸喷阀联通，四缸喷阀上设置有四个出气口，天燃气通过进气管由电磁阀一端进入经过减压器减压进入四缸喷阀并由出气口排出；
所述的气缸盖为长方体，盖体上设置有四个与四缸喷阀的四个出气口对应布置的进气歧管，进气歧管上端设置有喷气接头，所述的四个出气口与四个喷气接头从左到右一一对应并通过长度相等的气管连接，气缸盖内部设置有冷却水道，对着气缸活塞燃烧室中心方向的位置上安装有贯穿冷却水道的外径26～27毫米，壁厚2.5～3.5毫米的圆筒形状的铜套管，铜套管下部的外底面加工有2～3个圆环槽的平面，圆环槽截面呈V型，深度小于1毫米，铜套管中央通孔内径处的竖向总厚度为3毫米；
所述的电子控制系统由中央控制器、四缸喷阀控制器、电子节气门、电子油门踏板、氧传感器、进气压力温度传感器、冷却液温度传感器、燃气压力传感器、曲轴位置传感器组成，氧传感器通过检测发动机排气管中燃烧废气中的氧含量来判断液化气的气量是否合适，实时反馈给中央控制器控制进入气缸活塞燃烧室的空气量；进气压力温度传感器、冷却液温度传感器、燃气压力传感器、曲轴位置传感器和电子油门踏板综合发动机的工况，进入气缸活塞燃烧室的燃料气体的温度、压力，冷却发动机汽缸盖的冷却水的温度，气缸活塞燃烧室内燃烧气体产生的压力以及发动机气缸负荷信息提供给中央控制器，中央控制器根据提供的信息控制点火线圈给火花塞点火，并根据燃气压力传感器提供给四缸喷阀控制器的信号控制燃料供给系统中的四缸喷阀向各个进气歧管喷射设定的气量。
为了使天燃气由喷阀向进气歧管进入时更加通畅，气缸盖上进气歧管的喷气接头内直径大于2.5毫米，喷气接头中央轴线与进气歧管所在前端面的距离为43～48毫米，喷气接头与进气歧管上部所在平面有40度～50度的倾斜角，倾斜方向沿着进气歧管的方向向前端面倾斜。
为了使天燃气在气缸活塞中燃烧更加充分，气缸活塞燃烧室中的活塞总高度是86毫米，包括高度为3毫米的活塞头部和高度为22毫米的槽部、并由槽部平滑过渡到高度为61毫米的裙部，燃烧室的深度为10毫米、直径为58毫米。
为了使天燃气进入各个气缸中时进气量，气压均等，出气口与喷气接头连接的气管长度小于400毫米。
优选的，经过燃料供给系统减压器减压后的天燃气的压力为150KPa。
通过上述技术方案，本发明取得的有益效果在于，为了适应高压的天燃气燃料，需要将液化燃料减压后才能使用，天燃气经过燃料供给系统中的减压器减压后进入气缸盖并通过气缸盖上的进气歧管进入气缸燃烧室。为了保证燃料在气缸中的燃烧室内能够得到充分燃烧，在发动机上设置有能够控制燃料供给系统的电子控制系统。该系统包括了中央控制器和多个传感器，能够实时监测进气量温度，进气压力和燃烧压力，并实时反馈给中央控制器，中央控制器能够根据收到的测量数据调整四缸喷阀的喷气量进而控制发动机的工作效率。本发明，是根据天燃气的物理性质及提高发动机工作效率而设计研发。产品投入使用后，能够节约大量的能源燃料，保护环境，取得巨大的经济和社会效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明电子控制系统的连接示意图；
图3为本发明燃料供给系统示意图；
图4为图3中A—A方向剖视图；
图5为图3中气缸盖中铜套管的结构示意图；
图6为本发明中发动机的气缸活塞的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合实施例和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本实施例如图1、图2和图3所示，叉车用多点喷射式天燃气发动机，它包括发动机气缸盖，向发动机气缸活塞燃烧室供给天燃气的燃料供给系统，控制燃料供给系统的电子控制系统，
所述的燃料供给系统包括电磁阀1、减压器2、四缸喷阀3，一根进气管7依次将电磁阀1、减压器2、四缸喷阀3联通，四缸喷阀3上设置有四个出气口4，天燃气通过进气管7由电磁阀1一端进入经过减压器2减压进入四缸喷阀3并由出气口4排出；
所述的气缸盖为长方体，盖体上设置有四个与四缸喷阀3的四个出气口4对应布置的进气歧管6，进气歧管6上端设置有喷气接头5，所述的四个出气口4与四个喷气接头5从左到右一一对应并通过长度相等的气管连接，气缸盖内部设置有冷却水道，对着气缸活塞燃烧室中心方向的位置上安装有贯穿冷却水道的外径26～27毫米，壁厚2.5～3.5毫米的圆筒形状的铜套管8，铜套管8下部的外底面加工有2～3个圆环槽的平面，圆环槽截面呈V型，深度小于1毫米，铜套管8中央通孔内径处的竖向总厚度为3毫米；
所述的电子控制系统由中央控制器9、四缸喷阀控制器10、电子节气门11、电子油门踏板12、氧传感器13、进气压力温度传感器14、冷却液温度传感器15、燃气压力传感器16、曲轴位置传感器17组成，氧传感器13通过检测发动机排气管中燃烧废气中的氧含量来判断液化气的气量是否合适，实时反馈给中央控制器9控制进入气缸活塞燃烧室的空气量；进气压力温度传感器14、冷却液温度传感器15、燃气压力传感器16、曲轴位置传感器17和电子油门踏板12综合发动机的工况，进入气缸活塞燃烧室的燃料气体的温度、压力，冷却发动机汽缸盖的冷却水的温度，气缸活塞燃烧室内燃烧气体产生的压力以及发动机气缸负荷信息提供给中央控制器9，中央控制器9根据提供的信息控制点火线圈给火花塞点火，并根据燃气压力传感器16提供给四缸喷阀控制器10的信号控制燃料供给系统中的四缸喷阀3向各个进气歧管6喷射设定的气量。
如图3、图4和图5所示，叉车用多点喷射式天燃气发动机的气缸盖上进气歧管6的喷气接头5内直径大于2.5毫米，喷气接头5中央轴线与进气歧管6所在前端面的距离为43～48毫米，喷气接头5与进气歧管6上部所在平面有40度～50度的倾斜角，倾斜方向沿着进气歧管的方向向前端面倾斜。
如图6所示，叉车用多点喷射式天燃气发动机，气缸活塞燃烧室中的活塞总高度是86毫米，包括高度为3毫米的活塞头部18和高度为22毫米的槽部19、并由槽部19平滑过渡到高度为61毫米的裙部20，燃烧室的深度为10毫米、直径为58毫米。
本实施例中，出气口4与喷气接头5连接的气管长度小于400毫米。经过燃料供给系统减压器2减压后的天燃气的压力为150KPa。
本实施例中的燃料供给系统由电子控制系统控制。天燃气的供给依靠受中央控制器9控制的电磁阀2和四缸喷阀3控制，保证发动机停止工作时断开燃料，发动机工作时四缸喷阀3喷气控制，使用安全、可靠。由于本发明采用了减压器2，使得燃气输出压力为150KPa，四缸喷阀3出气口4内孔呈喇叭口，喇叭口内最小直径是2.0～2.1mm,四缸喷阀3与喷气接头5之间连接的气管长度相同且小于400mm，在保证供给发动机液化气气量足够的同时，使中央控制器9通过控制四缸喷阀3的打开时间从而精确控制供给进气歧管6的液化气气量。由于四缸喷阀3与喷气接头5之间连接的气管长度相同且小于400mm，更进一步保证了发动机每个气缸工作的灵敏性和准确性。
本发明中的电子控制系统中，含有多个测量发动机中气体压力、温度的感应器，包括氧传感器13、进气压力温度传感器14、冷却液温度传感器15、燃气压力传感器16、曲轴位置传感器17。氧传感器13能够检测发动机排气管中燃烧废气中的氧含量来判断天燃气的近气量是否合适并实时反馈给中央控制器9。进气压力温度传感器14、冷却液温度传感器15、燃气压力传感器16能够分别测量出进入发动机气缸的进气压力温度数据，冷却气缸盖的冷却水的温度数据和气缸中燃烧产生气体压力的数据，并将测量出的数据反馈给中央控制器9。曲轴位置传感器17能够检测发动机转速，检测活塞上止点位置，检测用于控制点火的各缸上止点信号和用于控制顺序喷油的第一缸上止点信号，并将测得的数据反馈给中央控制器9。所述的中央控制器9根据提供的信息控制点火线圈给火花塞点火，并控制燃料供给系统中的四缸喷阀3向各个进气歧管6喷射设定的气量。并随时监控发动机的的工况及进入发动机的液化气的燃烧状况，实时调节，保证精确保证液化气供给的气量，达到最优的燃料经济性。
气缸盖主要是用来封闭气缸上部构成燃烧室。由于在使用天燃气作为燃料后，与以往的液态燃料相比物理性质具有明显的不同，因此需要对气缸盖的结构进行设计改进。在本实施例中，气缸盖上铜套管8为外径26～27毫米，壁厚2.5～3.5毫米的圆筒，圆筒下部的外底面是加工有2～3个圆环槽的平面，圆环槽截面呈V型，深度小于1毫米。中央通孔内径处的竖向总厚度为3毫米。所述气缸盖上进气歧管6中央上部安装喷气接头5，喷气接头5内直径大于2.5毫米，在供给燃气压力一定的情况下，可以保证发动机在各个工况下有足够的燃气供给量。喷气接头5中央轴线与进气歧管6所在前端面的距离是43～48毫米。喷气接头5与进气歧管6上部有40度～50度的倾斜角，倾斜方向沿着进气歧管6的方向向前端面倾斜。这样设计不但方便与四缸喷阀3联接，而且使石油液化气的进入角度与进气歧管6中空气的流向一致，使石油液化气供给顺畅，反应迅速且易与空气均匀混合。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种叉车用多点喷射式天燃气发动机，它包括发动机气缸盖，向发动机气缸活塞燃烧室供给天燃气的燃料供给系统，控制燃料供给系统的电子控制系统，其特征在于：
所述的燃料供给系统包括电磁阀（1）、减压器（2）、四缸喷阀（3），一根进气管（7）依次将电磁阀（1）、减压器（2）、四缸喷阀（3）联通，四缸喷阀（3）上设置有四个出气口（4），天燃气通过进气管（7）由电磁阀（1）一端进入经过减压器（2）减压进入四缸喷阀（3）并由出气口（4）排出；
所述的气缸盖为长方体，盖体上设置有四个与四缸喷阀（3）的四个出气口（4）对应布置的进气歧管（6），进气歧管（6）上端设置有喷气接头（5），所述的四个出气口（4）与四个喷气接头（5）从左到右一一对应并通过长度相等的气管连接，气缸盖内部设置有冷却水道，对着气缸活塞燃烧室中心方向的位置上安装有贯穿冷却水道的外径26～27毫米，壁厚2.5～3.5毫米的圆筒形状的铜套管（8），铜套管（8）下部的外底面加工有2～3个圆环槽的平面，圆环槽截面呈V型，深度小于1毫米，铜套管（8）中央通孔内径处的竖向总厚度为3毫米；
所述的电子控制系统由中央控制器（9）、四缸喷阀控制器（10）、电子节气门（11）、电子油门踏板（12）、氧传感器（13）、进气压力温度传感器（14）、冷却液温度传感器（15）、燃气压力传感器（16）、曲轴位置传感器（17）组成，氧传感器（13）通过检测发动机排气管中燃烧废气中的氧含量来判断液化气的气量是否合适，实时反馈给中央控制器（9）控制进入气缸活塞燃烧室的空气量；进气压力温度传感器（14）、冷却液温度传感器（15）、燃气压力传感器（16）、曲轴位置传感器（17）和电子油门踏板（12）综合发动机的工况，进入气缸活塞燃烧室的燃料气体的温度、压力，冷却发动机汽缸盖的冷却水的温度，气缸活塞燃烧室内燃烧气体产生的压力以及发动机气缸负荷信息提供给中央控制器（9），中央控制器（9）根据提供的信息控制点火线圈给火花塞点火，并根据燃气压力传感器（16）提供给四缸喷阀控制器（10）的信号控制燃料供给系统中的四缸喷阀（3）向各个进气歧管（6）喷射设定的气量。
2.根据权利要求1所述的一种叉车用多点喷射式天燃气发动机，其特征在于，气缸盖上进气歧管（6）的喷气接头（5）内直径大于2.5毫米，喷气接头（5）中央轴线与进气歧管（6）所在前端面的距离为43～48毫米，喷气接头（5）与进气歧管（6）上部所在平面有40度～50度的倾斜角，倾斜方向沿着进气歧管的方向向前端面倾斜。
3.根据权利要求1所述的一种叉车用多点喷射式天燃气发动机，其特征在于，气缸活塞燃烧室中的活塞总高度是86毫米，包括高度为3毫米的活塞头部（18）和高度为22毫米的槽部（19）、并由槽部（19）平滑过渡到高度为61毫米的裙部（20），燃烧室的深度为10毫米、直径为58毫米。
4.根据权利要求1所述的一种叉车用多点喷射式天燃气发动机，其特征在于，出气口（4）与喷气接头（5）连接的气管长度小于400毫米。
5.根据权利要求1所述的一种叉车用多点喷射式天燃气发动机，其特征在于，经过燃料供给系统减压器（2）减压后的天燃气的压力为150KPa。
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