CN106224087B - 一种应用高压低燃值气体燃料的发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种应用高压低燃值气体燃料的发动机，包括缸体和曲轴，缸体内为燃烧室，缸体设有进气管、火花塞和排气管。缸体设有燃料喷嘴。发动机为四冲程气缸式发动机、二冲程气缸式发动机或转子发动机。四冲程气缸式发动机和二冲程气缸式发动机燃烧室设有活塞，活塞通过连杆机构与曲轴连接。燃料喷嘴安装在缸体的上部。转子发动机的燃烧室设有转子，转子与曲轴连接，燃料喷嘴安装在缸体上。本发明通过在发动机的缸体上加设燃料喷嘴采用缸内直喷的方式，实现了应用高压低燃值气体燃料的发动机驱动，提高了发动机的热效率。

Description

一种应用高压低燃值气体燃料的发动机
技术领域
本发明属于动力机械设备技术领域，涉及一种发动机，具体涉及一种应用高压低燃值气体燃料的发动机。
背景技术
发动机（Engine）是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机器，包括如内燃机、外燃机等，通常是把化学能转化为机械能。将内能转化成动能的机构称之为发动机，汽车发动机的形式主要是以气缸和活塞作为转换机构的内燃机。根据燃料以及点火形式的不同可分为汽油机或柴油机。根据工作循环与活塞冲程特性划分，又可分为二冲程与四冲程发动机，四冲程发动机每个工作循环也经历进气、压缩、做功、排气四个行程。四冲程汽车发动机主要有气缸、活塞、活塞连杆、曲轴、配气机构（气门、凸轮轴等）、火花塞（汽油机）、缸内喷油嘴、机油泵及机油循环、水泵及水循环，另有一系列传感器以及ECU等众多部件组成。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用高压低燃值气体燃料的发动机，充分利用高压低燃值燃料的压力能与化学能，提高发动机的热效率。
本发明的技术方案是：应用高压低燃值气体燃料的发动机，包括缸体和曲轴，缸体内为燃烧室，缸体设有进气管、火花塞和排气管。缸体设有燃料喷嘴。
发动机为四冲程气缸式发动机、二冲程气缸式发动机、转子发动机或燃气轮机。四冲程气缸式发动机和二冲程气缸式发动机燃烧室设有活塞，活塞通过连杆机构与曲轴连接。燃料喷嘴安装在缸体的上部。转子发动机的燃烧室设有转子，转子与曲轴连接，燃料喷嘴安装在缸体上。
缸内直喷混合动力气体发动机能够将空气吸入过程和燃料喷射过程分开进行，先将纯净的空气吸入气缸，然后在活塞接近压缩行程上止点时将燃料以高压喷入气缸中，压力为0～30MPa。借助火花塞使燃料点燃，在利用燃料压力能的同时利用燃料的化学能同时做功，从而产生合成动力，使燃料利用率和能量密度提高。并且保证输出功率的同时降低了燃烧温度和燃料用量，同时N0x排放低于同类型柴油机。实现了压力能与化学能做功的完美结合。燃料储罐的压力为0～100MPa。燃料喷嘴的燃料为氢气、一氧化碳、甲烷、甲醇、乙醇、丙烷、丁烷、燃料油其中的一种或几种与二氧化碳混合物，燃料与二氧化碳的体积比为：0:100～100:0；二氧化碳可以被氮气或其它惰性气体的一种或多种混合物部分代替或全部代替，燃料在进入喷嘴前储存在高压罐或高压管道中。低燃值燃料可以用于缸内直喷混合动力气体发动机，可以用于活塞式发动机、燃气轮机、转子发动机、膨胀机和纯压缩气体发动机。应用高压低燃值气体燃料的发动机既可以应用于汽车、轮船，为其提供动力，又可以应用于固定场所，例如办公楼宇、住宅，为其提供电能、供热和供冷。燃料气进入燃烧室可以采用点火方式点燃或压燃方式点燃。如采用点火方式可以在上止点位置点火又可以在上止点后的某个位置点火，先释放压力能后再释放化学能。
本发明应用高压低燃值气体燃料的发动机，通过在发动机的缸体上加设燃料喷嘴，实现了高压低燃值燃料进行驱动，提高发动机的热效率，降低了燃烧温度、燃料用量和排气温度，同时减少了N0x排放。
附图说明
图1为应用高压低燃值气体燃料的发动机的结构示意图；
图2为四冲程气缸式发动机的圧缩行程示意图；
图3为四冲程气缸式发动机的做功行程示意图；
图4为四冲程气缸式发动机的排气行程示意图；
图5为转子发动机的结构示意图；
图6为转子发动机的压缩过程示意图；
图7为转子发动机的点火过程示意图；
图8为转子发动机的做功过程示意图；
图9为转子发动机的排气过程示意图；
图10为二冲程发动机的结构示意图；
图11为二冲程发动机的换气行程示意图；
图12为二冲程发动机的做功行程示意图；
图13为燃气轮机的结构示意图。
其中：1—进气管、2—飞轮、3—火花塞、4—排气管、5—缸体、6—连杆机构、7—曲轴、8—燃烧室、9—活塞、10—燃料喷嘴、11—转子。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明应用高压低燃值气体燃料的发动机如图1所示，为四冲程气缸式发动机，包括缸体5和曲轴7，汽缸内为燃烧室8，燃烧室设有活塞9，活塞通过连杆机构6与曲轴连接。缸体的上部设有进气管1、燃料喷嘴10、火花塞3和排气管4，燃料喷嘴安装在缸体的上部。
缸内直喷混合动力气体发动机能够将空气吸入过程和燃料喷射过程分开进行，先将纯净的空气吸入气缸，然后在活塞接近压缩行程上止点时将燃料以高压喷入气缸中，压力为15MPa。借助火花塞使燃料点燃，在利用燃料压力能的同时利用燃料的化学能同时做功；从而产生合成动力，使燃料利用率和能量密度提高。并且保证输出功率的同时降低了燃烧温度和燃料用量，同时N0x排放低于同类型汽油机和柴油机，实现了压力能与化学能做功的完美结合，燃料喷嘴的清洁燃料为氢气和氮气的混合气，体积比例为50:50。燃料储存在30MPa的储罐中。
实施例2
本发明第二种实施方式如图6所示，为转子发动机，包括缸体5和曲轴7，缸体内为燃烧室8，缸体设有进气管1、火花塞3、燃料喷嘴10和排气管4。转子发动机的燃烧室设有转子11，所述转子与曲轴连接，燃料喷嘴10安装在缸体5上。
燃料喷嘴的清洁燃料为甲烷和氮气的混合气，体积比例为60:40。喷入燃料的压力为8MPa。
实施例3
本发明第三种实施方式如图10所示，为二冲程气缸式发动机，包括缸体5、飞轮2和曲轴7，汽缸内为燃烧室8，燃烧室设有活塞9，活塞通过连杆机构6与曲轴连接，飞轮与曲轴连接。缸体的上部设有火花塞3和燃料喷嘴10，缸体侧部设有进气管1和排气管4。图11为二冲程发动机的换气行程，排出废气，高压空气进入燃烧室并压缩， 吸入空气到曲轴箱。图12为二冲程发动机的做功行程，喷入燃料燃烧做功，同时对曲轴箱中的空气进行压缩。
燃料喷嘴10的清洁燃料为氢气和氮气的混合气，体积比例为40:60。喷入燃料的压力为18MPa。
缸内直喷混合动力气体发动机能够将空气吸入过程和燃料喷射过程分开进行，先将纯净的空气吸入气缸，然后在活塞接近压缩行程上止点时将燃料以高压喷入气缸中，压力为18MPa。借助火花塞使燃料点燃，在利用燃料压力能的同时利用燃料的化学能同时做功，从而产生合成动力，使燃料利用率和能量密度提高。并且保证输出功率的同时降低了燃烧温度、燃料用量和排气温度，同时N0x排放低于同类型柴油机。实现了压力能与化学能的完美结合做功。
实施例4
本发明第四种实施方式如图13所示，为燃气轮机，包括壳体15、压气机叶轮12、主轴13、涡轮14和燃烧室8。压气机叶轮、主轴和涡轮安装在壳体内，压气机叶轮与涡轮通过主轴连接。燃烧室位于壳体的中部，燃烧室设有燃料喷嘴10和火花塞3。壳体的压气机叶轮一端设有进气管1，涡轮一端设有排气管4。
助燃空气从进气管进入空气，经压气机叶轮压缩后进入燃烧室，燃料喷嘴喷出燃烧，燃烧后烟气体积膨胀，驱动涡轮转动做功，做完功的废烟气通过排气管排出。涡轮的一部分转动能通过主轴带动气机叶轮转动压缩空气，另一部分转动能传递给外部的动力接受设备。

Claims (3)

1.一种应用高压低燃值气体燃料的发动机，包括缸体（5），缸体内为燃烧室（8），所述缸体设有进气管（1）、火花塞（3）和排气管（4），其特征是：所述缸体设有燃料喷嘴（10）；所述发动机为活塞式发动机、转子发动机或燃气轮机，进一步为直喷式混合动力气体燃料发动机；所述活塞式发动机的燃烧室设有活塞（9），所述活塞通过连杆机构（6）与曲轴（7）连接，所述燃料喷嘴安装在缸体的上部；所述转子发动机包括缸体（5）和曲轴（7），缸体内为燃烧室（8），缸体内设有进气管（1）、火花塞（3）、燃料喷嘴（10）和排气管（4），所述燃烧室设有转子（11），所述转子与曲轴（7）连接，所述燃料喷嘴（10）安装在缸体（5）上；燃料喷嘴（10）的燃料为氢气、一氧化碳、甲烷、甲醇、乙醇、丙烷、丁烷、燃料油其中的一种或几种与二氧化碳混合物；二氧化碳能够被氮气代替，燃料在进入喷嘴前储存在高压罐或高压管道中，燃料的压力为0～100MPa；缸内直喷混合动力气体发动机能够将空气吸入过程和燃料喷射过程分开进行，先将纯净的空气吸入气缸，然后在活塞接近压缩行程上止点时将燃料以高压喷入气缸中，压力为15MPa；借助火花塞使燃料点燃，在利用燃料压力能的同时利用燃料的化学能同时做功，从而产生合成动力，使燃料利用率和能量密度提高；并且保证输出功率的同时降低了燃烧温度、燃料用量和排气温度。
2.根据权利要求1所述的应用高压低燃值气体燃料的发动机，其特征是：应用高压低燃值气体燃料的发动机应用于汽车、轮船，为其提供动力，或应用于固定场所，所述固定场所包括办公楼宇和住宅，为其提供电能、供热和供冷。
3.根据权利要求1所述的应用高压低燃值气体燃料的发动机，其特征是：燃料气进入燃烧室采用点火方式点燃，在上止点位置点火或在上止点后的某个位置点火，先释放压力能后再释放化学能。
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