CN104179610A - 低热值气体发动机进气方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及四冲程气体发动机进气技术领域，特别是涉及低热值气体发动机进气方法及装置。其特征是：进气门设置有主气道和辅气道两个进气通道，主气道和混合气进气管连通，辅气道和空气进气管连通，辅气道包裹着主气道；在每个气缸的每个气门设置至少1个扫气喷管，扫气喷管连接扫气控制阀的出口，扫气控制阀的进口连接扫气气源，扫气控制阀控制扫气喷管内气体的通、断。有益效果是：降低发动机排温、提高空气利用效率，实现发动机功率强化和降低排放双重作用。
Description
技术领域
本发明涉及四冲程气体发动机进气技术领域，特别是涉及低热值气体发动机进气方法及装置。
背景技术
目前我国现状和全球领域低热值气源利用仅仅是在起步阶段，大量的低热值气在浪费，有的没有开发利用，尤其治理空气污染，减少燃煤电厂污染，低热值煤制气可以达到天然气燃烧排放，煤矿低浓度瓦斯气，劣质煤炼煤气化发电，对于生物质气化发电，再生能源都有一个高效、优质利用。
利用低热值气有两大难题，一是焦油，尤其是生物质气化轻分子、焦油比重低于空气内燃机使用此种燃料。另外一个提高效率，传统的办法低热值采用非增压办法自然进气，采用增压的办法都是用预混合进气技术，本发明之前也有采用在气道喷射技术进气办法，但功率波动大，气体预处理消耗大量功率。
本发明采用一种办法，使用一种进气方法克服焦油堵进气门导管并用发动机尾气增压办法增压低热值气并能提高燃烧强度。
发明内容
本发明的目的是在进气门打开时实现空气进气和混合气进气先后进行，使混合气进气管的气延迟进气（先进入空气）。空气进气管的气体压力大于混合气进气管的气体压力，在进气门打开时，空气进气管的空气先提前进入燃烧室，使燃烧室四周有个空气膜，在进气门打开到一定程度后，两路气再同时向气缸内充气，在进气门接近关闭时，进气门喉口有个压缩波，使混合气进气管的气受压缩，再加上空气进气管的气压大于混合气进气管的气压，在两种压力的双重作用下使混合气进气管的气路提前关闭。
混合气进气管上布置有压力伺服调节阀，调节混合气进气管的气体的延迟进气时间。
同时，扫气气源通过扫气控制阀控制气体的通、断，气体通过进气门喉口的扫气喷管在进气门打开前，或进气门打开前及关闭前对燃烧室进行扫气。
一种低热值气体发动机进气方法，其特征在于，包括：
进气门打开时，空气进气管的空气通过辅气道先首先进入燃烧室，在进气门打开到一定程度后，混合气进气管的混合气通过主气道和辅气道的空气混合向气缸内充气，在进气门接近关闭时，主气道的气路提前关闭；扫气气源通过扫气控制阀控制气体的通、断，气体通过进气门喉口的扫气喷管在进气门打开前，或进气门打开前及关闭前对燃烧室进行扫气。
所述的一种低热值气体发动机进气方法，其特征在于，还包括：
压力传导管将主气道中特定位置的气体压力传送给压力传感器，压力传感器的信号控制电动蝶阀调节混合气进气管中的气体流向主气道的气体流量。
一种低热值气体发动机进气装置，其特征是：进气门设置有主气道和辅气道两个进气通道，主气道和混合气进气管连通，辅气道和空气进气管连通，辅气道包裹着主气道；在每个气缸的每个进气门设置至少1个扫气喷管，扫气喷管连接扫气控制阀的出口，扫气控制阀的进口连接扫气气源，扫气控制阀控制扫气喷管内气体的通、断。
所述的一种低热值气体发动机进气装置，其特征是：主气道和混合气进气管通过一电动蝶阀连通，主气道中设置压力传导管，压力传导管连接传感器，所述电动蝶阀受控于所述传感器的信号。
所述的一种低热值气体发动机进气装置，其特征是：扫气气源为外置式压力气源。
本发明的有益效果是：降低发动机排温、提高空气利用效率，实现发动机功率强化和降低排放双重作用。
附图说明
图1为本发明结构原理图。
图2进气门关闭时位置，辅气道中空气压力大于主气道混合气压力，空气积累在进气门喉口。
图3进气门微开位置，此时排气门正要关闭，辅气道的空气进入缸内扫气，同时阻挡主气道的混合气。
图4进气门继续打开，排气门关闭，辅气道的空气全部进入气缸，同时主气道的混合气到达进气门喉口。
图5进气门持续打开直至完全打开，辅气道的空气和主气道的混合气同时进入气缸。
图6进气门接近关闭，辅气道的空气又将主气道的混合气在主气道的气道口挡住，只有辅气道的空气继续向缸内充气，直至进气口关闭为止。
图中，01活塞，02进气门，03气门座圈，04汽缸盖，05为进气门座圈03上方与主气道07间的容积，06辅喷管，07主气道，08辅气道，09过渡板，10空气进气管，11压力传导管，12压力传感器，13电动蝶阀，15混合气总管，16扫气喷管，17扫气控制阀，18扫气气源，19排气门。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明结构原理图。活塞01上有进气门02，气门座圈03设置在气缸盖上04，05为进气门座圈03上方与主气道07间的容积，06为辅气道08的辅喷管，主气道07连接混合气总管15，过渡板09隔离主气道07和辅气道08，空气进气管10连接辅气道08，压力传导管11的头部将主气道07特定位置的气体压力传输给压力传感器12，电动蝶阀13安装在主气道07和混合气总管15之间，电动蝶阀13受控于压力传感器12的信号。主气道07包容在辅气道08之中。在传统的气缸盖04的喉口处设有一个扫气喷管16，扫气喷管16与扫气控制阀17相连，扫气控制阀外接一个外置式压力气源即扫气气源18。采用外接扫气气源的优势是配置简单，易于控制，适用性强。
其工作过程：
在进气门02关闭时，空气由空气进气管10进入辅气道08，空气压力大于主气道的混合气压力，主气道07的混合气受到辅气道08的空气压缩，在进气门02打开初期，辅气道08的空气通过进气门02进入燃烧室，在空气进入到一定程度后，主气道07的混合气也到容积05处，空气与混合气混合在一起通过进气门02进入气缸。在进气门02关闭前，辅气道空气压力大于主气道混合气压力，空气又将混合气挡住在主气道特定位置（压力传导管的头部），仅有辅气道空气进入气缸，保障燃烧室壁上方为空气。
图2进气门02关闭时位置，辅气道08中空气压力大于主气道07混合气压力，空气积累在进气门喉口。
图3进气门02微开位置，此时排气门19正要关闭，辅气道08的空气进入缸内扫气，同时阻挡主气道07的混合气。
图4进气门02继续打开，排气门19关闭，辅气道08的空气全部进入气缸，同时主气道07的混合气到达进气门喉口。
图5进气门02持续打开直至完全打开，辅气道08的空气和主气道07的混合气同时进入气缸。
图6进气门02接近关闭，辅气道08的空气又将主气道07的混合气在主气道07的气道口挡住，只有辅气道08的空气继续向缸内充气，直至进气口02关闭为止。
同时，参照图1，进气门02关闭时，扫气喷管16在扫气控制阀17的控制下，扫气阀门打开扫气气源18，经过扫气喷管16喷入气门喉口容积05处，喷气持续一段时间，进气门02打开，扫气喷管16持续喷气，到一定时间后，扫气阀门17关闭，扫气喷管16与扫气气源18隔离，扫气喷管16停止供气。由于扫气喷管16喷出气体的作用，在喉口容积05处有一段较高压力的气栓（气段），气栓压力大于传统内燃机气道压力，在进气门02打开时这段气栓对活塞01上方燃烧室进行强力扫气。
通过进气门向气缸内充气，将气缸上方残余尾气清扫，降低排气温点温度，在排气门关闭后扫气阀门关闭，此时，燃气通道空气已经绝大部分进入气缸，燃气开始进入气缸，此时两缸气（空气和燃气同时进入气缸，在气缸内混合），这种进气方式，燃气在进气道内有空气包围，燃气中焦油不会透过空气进入气门导管彻底解决焦油卡气门。
进气门关闭前，扫气阀门二次打开，注入空气，随着进气门关闭，将燃气压缩到燃气通道内，燃烧室顶层被空气膜挡住，这样完成了一个进气循环。
本发明采用的方法效果是：进气初期使气缸壁和燃烧室周围有一个空气膜，对于压燃式内燃机使其进气初期有个高压力挡住排气缸内尾气向进气口倒灌，在进气过程中大部分时间采用较低压力；对于点燃式内燃机使其混合气异步进入气缸，防止进气初期回火。
上述方法在气缸直径190上实施方法：在每个气缸盖布置两个主气道；每个主气道离气门座圈口10-80mm，辅气道为两路并连通道，汇总后与过渡板相连，空气进气管与混合气总管分别与气缸盖上装的过渡板相连。该方法实施后，排温下降30℃~50℃，同等排温下功率提高20~30%。
扫气气源为外置式压力气源，外置式压力气源18是一个压缩空气气源，可以从市场上直接购买压缩空气装置，其流量为其发动机排量的（0.01~0.3），压力为（0.06~0.4）MPa。
上述配套方案，对于气体发动机1000rpm功率达到800-1000kw排温（在每缸排气道的出口）不高于580℃，涡轮端的排气低于650℃，效率比同类发动机要高5%以上。
Claims (5)
1.一种低热值气体发动机进气方法，其特征在于，包括：
进气门打开时，空气进气管的空气通过辅气道先首先进入燃烧室，在进气门打开到一定程度后，混合气进气管的混合气通过主气道和辅气道的空气混合向气缸内充气，在进气门接近关闭时，主气道的气路提前关闭；
扫气气源通过扫气控制阀控制气体的通、断，气体通过进气门喉口的扫气喷管在进气门打开前，或进气门打开前及关闭前对燃烧室进行扫气。
2.根据权利要求1所述的一种低热值气体发动机进气方法，其特征在于，还包括：
压力传导管将主气道中特定位置的气体压力传送给压力传感器，压力传感器的信号控制电动蝶阀调节混合气进气管中的气体流向主气道的气体流量。
3.一种低热值气体发动机进气装置，其特征是：
进气门设置有主气道和辅气道两个进气通道，主气道和混合气进气管连通，辅气道和空气进气管连通，辅气道包裹着主气道；
在每个气缸的每个进气门设置至少1个扫气喷管，扫气喷管连接扫气控制阀的出口，扫气控制阀的进口连接扫气气源，扫气控制阀控制扫气喷管内气体的通、断。
4.根据权利要求3所述的一种低热值气体发动机进气装置，其特征是：主气道和混合气进气管通过一电动蝶阀连通，主气道中设置压力传导管，压力传导管连接传感器，所述电动蝶阀受控于所述传感器的信号。
5.根据权利要求3或4所述的一种低热值气体发动机进气装置，其特征是：扫气气源为外置式压力气源。
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