CN108104980A - 燃气发动机进气增压的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发动机技术领域,具体涉及一种燃气发动机进气增压的方法,燃气发动机的进气端连接装有LNG的储液罐,储液罐内天然气以低温液态的形式储存于内,天然气从液态变为气态的过程可以获得一定的压力,存在的这个压力在受控的方式下通过增压设备为发动机燃烧室进入的空气增压,实现在发动机怠速或任何转速下的空气进气的增压。本发明可以解决同等燃烧室柴油机改造后的燃气机,其功率和扭矩都降低的问题,可以大大提高以天然气为燃料的燃气发动机的低速扭矩。

Description

燃气发动机进气增压的方法
技术领域
本发明涉及发动机技术领域,具体涉及一种燃气发动机进气增压的方法。
背景技术
发动机是一种能够把其它形式的能量转化为机械能的机器,发动机依靠燃料在汽缸内燃烧作功来产生功率。由于输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制,因此发动机所产生的功率也会受到限制。如果发动机的运行性能已处于最佳状态,再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入汽缸来增加燃料量,从而提高燃烧作功能力。
现有技术发动机主要有两种增压方式,一种是利用废气推动涡轮增压器增压,这种方式工作时,发动机处在怠速或低速状态下,涡轮增压器的动力不足,涡轮不转动,起不到增压效果;另外一种方式是机械增压系统,这个装置安装在发动机上并由皮带与发动机曲轴相连接,从发动机输出轴获得动力来驱动增压器的转子旋转,从而将空气增压吹到进气岐道里。其优点是涡轮转速和发动机相同,因此没有滞后现象,动力输出非常流畅。但是由于装在发动机转动轴里面,因此还是消耗了部分动力,增压出来的效果并不高。上述两种方式或者其组合方式都存在一定的不足,不能为发动机提供良好的增压效果。
燃气发动机是采用天然气为原料的发动机,天然气的主要成分为甲烷,燃烧天然气的传统发动机都存在燃烧不充分,低速扭矩低的缺点。由于现有技术的增压方法均存在一定的不足,不能满足燃气发动机的需要,因此,需要开发一种新的增压方法。
发明内容
为了解决现有技术的不足,本发明提供一种燃气发动机进气增压的方法。
本发明采用如下技术方案:
一种燃气发动机进气增压的方法,燃气发动机的进气端连接装有LNG的储液罐,储液罐内天然气以低温液态的形式储存于内,通过气化后作为发动机燃料使用,天然气从液态变为气态的过程可以获得一定的压力,存在的这个压力能量在受控的方式下通过增压设备为发动机燃烧室进入的空气增压,实现在发动机怠速或任何转速下的空气进气的增压,使发动机进气量增压,提高燃烧效率,使燃料充分燃烧,这样节省燃料消耗的同时,能解决发动机低转速时由于进气不足导致的扭矩低,发动机输出无力的情况。
具体的,储液罐内天然气从液态变为气态的过程可以获得一定的压力,存在的这个压力在受控的方式下,通过增压设备压缩产生的空气去吹动装在发动机燃烧室排气端的废气涡轮增压器,使废气涡轮增压器在没有足够发动机排气量的条件下快速达到额定转速,进而使发动机进气达到增压进气的条件,进而发动机内进气,使燃料充分燃烧。本发明的一个关键点在于在燃气发动机低转速时,利用燃料气化产生的压力时,只需要一定很少的量,可以通过一种增压设备能在一侧高压小流量的条件下,实现废气涡轮增压器的涡轮瞬间把转速提高到额定工作转速。
进一步的,储液罐内天然气从液态变为气态的过程可以获得一定的压力,存在的这个压力通过涡轮增压器,实现涡轮快速把转速提高到额定工作转速,涡轮增压器压缩产生的空气去吹动装在发动机燃烧室排气端的废气涡轮增压器,使废气涡轮增压器在没有足够发动机排气量的条件下快速达到额定转速,进而使发动机进气达到增压进气的条件,进而发动机内进气,使燃料充分燃烧。
所述储液罐通过管道连接气化器,气化器使LNG储罐中的液态燃料转化为气态,转化过程中产生一定的压力。气化器通过管道分别连接燃气发动机进气管及涡轮增压器,管道上设有调压装置及控制阀装置,调压装置及控制阀装置实现的功能就是分出两路燃气,一路用于吹动涡轮增压器工作,一路有合适的压力和流量供给发动机正常作为燃料使用。涡轮增压器连接空气进气,涡轮增压器通过管道分别连接燃气缓冲罐及废气涡轮增压器,废气涡轮增压器连接在燃气发动机排气管的输出端。燃气缓冲罐连接燃气发动机进气管,燃气缓冲罐的主要作用是将用于推动涡轮增压器的燃气进行缓存。另外,如果发动机长时间不用,LNG液化天然气会通过气化器气化后超压,此时,安全阀会启动排出一些天然气降压,这样排出的天然气可以接入燃气缓冲罐进行缓冲存储一部分。
燃气发动机排气管的输出端连接废气汇集管,废气汇集管的输出端分别连接排气控制阀与废气涡轮增压器,排气控制阀连接排气管系统,废气涡轮增压器连接空气进气。
所述涡轮增压器与废气涡轮增压器之间设有第一控制阀,发动机低转速需要废气涡轮增压器工作的时候,打开第一控制阀,通过涡轮增压器压缩的气过来一股,瞬间启动废气涡轮增压器,之后关闭第一控制阀,第一控制阀带开关控制和卸压阀功能,可以是一个阀,也可选用两个阀的组合。第一控制阀是一个控制阀,可以实现脉冲的控制,能精确控制过来的气体防止涡轮振动等不正常工作情况,带卸压阀把从涡轮增压器过来的压力空气进行卸压保证安全,当第一控制阀关闭时,对废气涡轮增压器工作没有任何影响。
所述废气涡轮增压器上挂有一个空气涡轮,涡轮增压器通过管道连接空气涡轮。在废气涡轮增压器的轴上挂一个空气涡轮,目的就是实现两个隔离的流道都能进气推动废气涡轮旋转。现有的发动机废气有一路通过一个流道后进入排气系统。本发明第一控制阀送入的空气进入废气涡轮增压器上的这个小空气涡轮,这样启动废气涡轮增压器后的空气就直接排放到大气中,就不进去发动机的排气系统了。
所述气化器通过管道分别连接燃气发动机进气支管及涡轮增压器,涡轮增压器连接燃气缓冲罐,燃气缓冲罐连接进气支管,进气支管连接燃气发动机进气管,进气管的尺寸参数应满足发动机工作进气谐振的要求,使发动机进气更顺畅。进气支管上分别设有进气控制阀。
所述废气涡轮增压器连接中冷器,中冷器连接卸压阀,卸压阀连接节气门,节气门连接进气支管,这一路管道为燃气发动机提供空气。
所述排气管系统包括消音装置及氮氧化物的脱除装置等净化消音设备。
本发明发动机的所有控制阀、流量阀、脉冲阀、转速传感器、涡轮增压器的工作压力及转速,压力调节阀、节气门等控制及信号检测,均进入发动机控制电脑进行控制和标定以及自学习调整。
本发明的优点及有益效果为:
本发明可以解决同等燃烧室柴油机改造后的燃气机,其功率和扭矩都降低的问题,可以大大提高以天然气为燃料的燃气发动机的低速扭矩。
附图说明
图1为本发明具体实施方式的结构示意图。
其中,1-储液罐;2-调压装置和控制阀;3-燃气缓冲罐;4-涡轮增压器;5-进气控制阀;6-节气门;7-气化器;8-进气支管;9-进气管;10-发动机燃烧室;11-排气管;12-消音装置;13-氮氧化物的脱除装置;14-排气控制阀;15-废气汇集管;16-第一控制阀;17-废气涡轮增压器;18-中冷器;19-卸压阀;20-空气滤清器;21-空气涡轮。
具体实施方式
一种燃气发动机进气增压的方法,燃气发动机的进气端连接装有LNG的储液罐,储液罐内天然气以低温液态的形式储存于内,通过气化后作为发动机燃料使用,天然气从液态变为气态的过程可以获得一定的压力,存在的这个压力能量在受控的方式下通过增压设备为发动机燃烧室进入的空气增压,实现在发动机怠速或任何转速下的空气进气的增压,使发动机进气量增压,提高燃烧效率。
具体的,储液罐内天然气从液态变为气态的过程可以获得一定的压力,存在的这个压力通过涡轮增压器,实现涡轮快速把转速提高到额定工作转速,涡轮增压器压缩产生的空气去吹动装在发动机燃烧室排气端的废气涡轮增压器,使废气涡轮增压器在没有足够发动机排气量的条件下快速达到额定转速,进而使发动机进气达到增压进气的条件,进而发动机内进气。上述涡轮增压器产生用于推动废气涡轮增压器的气体流量要求足够,涡轮增压器的规格型号应小于废气涡轮增压器,涡轮增压器也可以选用传统的小规格的废气涡轮增压器代替。
如图1所示,发动机燃烧室10分别设有进气管9及排气管11。储液罐1通过管道连接气化器7。气化器7通过管道分别连接燃气发动机进气支管8及涡轮增压器4,管道上设有调压装置及控制阀装置2,调压装置及控制阀装置2实现的功能就是分出两路燃气,这里可以是一个阀或者是多个阀门。涡轮增压器4连接空气进气,涡轮增压器4通过管道分别连接燃气缓冲罐3及废气涡轮增压器17,废气涡轮增压器17连接在燃气发动机排气管11的输出端。
所述涡轮增压器4与废气涡轮增压器17之间设有第一控制阀16,第一控制阀16带开关控制和卸压阀功能,可以是一个阀或两个阀的组合。所述废气涡轮增压器17轴上挂有一个空气涡轮21,涡轮增压器4通过管道连接空气涡轮21。
所述涡轮增压器4连接燃气缓冲罐3,燃气缓冲罐3连接进气支管8,进气支管8连接燃气发动机进气管9。对燃气缓冲罐3的容积和压力的要求,需满足通过涡轮增压器4后出来的燃气进行体积扩大后,其压力值能降低到后面发动机燃烧室的要求值。进气管9的尺寸参数应满足发动机工作进气谐振的要求,使发动机进气更顺畅。进气管9可以采取卷曲结构,进气支管8上分别设有进气控制阀5,实现进气管9长度可变控制。
燃气发动机排气管11的输出端连接废气汇集管15,废气汇集管15的输出端分别连接排气控制阀14与废气涡轮增压器17,排气控制阀14连接排气管系统,排气管系统包括消音装置12及氮氧化物的脱除装置13等净化消音设备。
废气涡轮增压器17连接空气进气,空气经过空气滤清器20进入,废气涡轮增压器17连接排气管系统。
所述废气涡轮增压器17连接中冷器18,中冷器18连接卸压阀19,卸压阀19连接节气门6,节气门6连接进气支管8,这一路管道为燃气发动机提供空气。
本发明发动机的所有控制阀、流量阀、脉冲阀、转速传感器、涡轮增压器的工作压力及转速,压力调节阀、节气门等控制及信号检测,均进入发动机控制电脑进行控制和标定以及自学习调整。

Claims (10)

1.一种燃气发动机进气增压的方法,其特征是,燃气发动机的进气端连接装有LNG的储液罐,储液罐内天然气以低温液态的形式储存于内,天然气从液态变为气态的过程可以获得一定的压力,存在的这个压力在受控的方式下通过增压设备为发动机燃烧室进入的空气增压,实现在发动机怠速或任何转速下的空气进气的增压。
2.根据权利要求1所述的燃气发动机进气增压的方法,其特征是,储液罐内天然气从液态变为气态的过程可以获得一定的压力,存在的这个压力在受控的方式下,通过增压设备压缩产生的空气去吹动装在发动机燃烧室排气端的废气涡轮增压器,使废气涡轮增压器在没有足够发动机排气量的条件下快速达到额定转速,进而使发动机进气达到增压进气的条件。
3.根据权利要求2所述的燃气发动机进气增压的方法,其特征是,储液罐内天然气从液态变为气态的过程可以获得一定的压力,存在的这个压力通过涡轮增压器,实现涡轮快速把转速提高到额定工作转速,涡轮增压器压缩产生的空气去吹动装在发动机燃烧室排气端的废气涡轮增压器,使废气涡轮增压器在没有足够发动机排气量的条件下快速达到额定转速,进而使发动机进气达到增压进气的条件。
4.根据权利要求3所述的燃气发动机进气增压的方法,其特征是,所述储液罐通过管道连接气化器,气化器通过管道分别连接燃气发动机进气管及涡轮增压器,管道上设有调压装置及控制阀装置,涡轮增压器连接空气进气,涡轮增压器通过管道分别连接燃气缓冲罐及废气涡轮增压器,废气涡轮增压器连接在燃气发动机排气管的输出端,燃气缓冲罐连接燃气发动机进气管。
5.根据权利要求4所述的燃气发动机进气增压的方法,其特征是,燃气发动机排气管的输出端连接废气汇集管,废气汇集管的输出端分别连接排气控制阀与废气涡轮增压器,排气控制阀连接排气管系统,废气涡轮增压器连接空气进气。
6.根据权利要求4所述的燃气发动机进气增压的方法,其特征是,所述涡轮增压器与废气涡轮增压器之间设有第一控制阀。
7.根据权利要求4、5或6所述的燃气发动机进气增压的方法,其特征是,所述废气涡轮增压器的轴上挂有一个空气涡轮,涡轮增压器通过管道连接空气涡轮。
8.根据权利要求7所述的燃气发动机进气增压的方法,其特征是,所述气化器通过管道分别连接燃气发动机进气支管及涡轮增压器,涡轮增压器连接燃气缓冲罐,燃气缓冲罐连接进气支管,进气支管连接燃气发动机进气管,进气支管上分别设有进气控制阀。
9.根据权利要求8所述的燃气发动机进气增压的方法,其特征是,所述废气涡轮增压器连接中冷器,中冷器连接卸压阀,卸压阀连接节气门,节气门连接进气支管。
10.根据权利要求5所述的燃气发动机进气增压的方法,其特征是,所述排气管系统包括消音装置及氮氧化物的脱除装置。
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