CN111255594A - 内燃机供气系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种内燃机供气系统，包括：第一供气装置和第二供气装置；第一供气装置包括供气处理区和供气混合区；外部环境中的气体燃料通过供气处理区对气体燃料进行预处理；供气混合区与所述供气处理区通过供气管道相连；经过预处理后的气体燃料通过供气管道进入供气混合区；所述供气混合区的输出端口设置有缩口；第二供气装置的输出端口伸入所述第一供气装置的供气混合区内；第二供气装置的供气管道的输出端口处设置有氧气喷头，且氧气喷头与缩口的呈一角度设置。本公开可以从外界环境中吸收气体燃料，并将气体燃料和氧气充分混合，优化燃烧过程，提高内燃机功率，降低排放，以实现在充满气体燃料的特殊环境下作业的目标。

Description

内燃机供气系统

技术领域

本公开涉及内燃机系统领域，尤其涉及一种内燃机供气系统。

背景技术

内燃机是最主要的动力装置，目前最常用的内燃机是往复活塞式内燃机。按照燃料的分类分为了液体燃料内燃机(汽油或者柴油)和气体燃料内燃机(天然气等)。

气体燃料发动机不需要精密的喷油和雾化装置，和空气混合比较均匀，且气缸内积碳较小，减小发动机磨损，降低排放，因此，具有极大的发展可能性。

由于我们生活的环境充满了空气，所以不管是四冲程还是二冲程内燃机，都是从外界环境中吸收空气，而气体燃料都是从气瓶中通过调压器喷入到进气道或者气缸中和空气均匀混合。但是在未来，不管是外太空还是某些特殊的作业环境，极有可能存在充满气体燃料的环境，所以设计一种可以吸收外界环境中的气体燃料的内燃机在上述特殊环境中作业具有重要意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种内燃机供气系统，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种内燃机供气系统，包括：

第一供气装置，用于对外部环境中的气体燃料进行预处理并进行气体混合；所述第一供气装置包括：

供气处理区，外部环境中的气体燃料通过供气处理区对气体燃料进行预处理；

供气混合区，与所述供气处理区通过供气管道相连；经过预处理后的气体燃料通过供气管道进入供气混合区；所述供气混合区的输出端口设置有缩口；

第二供气装置，所述第二供气装置的输出端口伸入所述第一供气装置的供气混合区内；所述第二供气装置包括：

氧气喷头，与所述第二供气装置的供气管道的输出端口相连；所述氧气喷头与所述缩口的呈一角度设置。

在本公开的一些实施例中，所述第一供气装置的输出端口所在的供气管道，与所述第二供气装置的输出端口所在的供气管道同轴设置。

在本公开的一些实施例中，所述氧气喷头与水平面的夹角为α，其中，α＝45°-75°。

在本公开的一些实施例中，所述缩口与中心轴线的夹角为β，其中，β＝30°-60°。

在本公开的一些实施例中，所述氧气喷头与所述缩口间的夹角为γ，γ＝90°+β-α，其中，α为所述氧气喷头与水平面的夹角，α＝45°-75°，β为所述缩口与中心轴线的夹角，β＝30°-60°。

在本公开的一些实施例中，所述第二供气装置包括：

阀门，设置于所述第二供气装置的供气管道的输出端口；所述阀门打开，所述氧气喷头打开；所述阀门关闭，所述氧气喷头关闭；

氧气传感器，设置于，用于检测排气中氧气浓度，并向所述电子控制单元发送反馈信号；

电子控制单元，根据接收所述氧气传感器发送的反馈信号，判断燃烧所需氧气量。

在本公开的一些实施例中，所述第一供气装置包括：

滤清器，所述滤清器设置于所述第一供气装置的供气管道内，用于过滤气体燃料中的颗粒物杂质。

在本公开的一些实施例中，所述第一供气装置包括：

压缩机，所述压缩机设置于所述第一供气装置的供气管道内，用于对气体燃料进行增压处理。

在本公开的一些实施例中，所述第二供气装置包括：

液氧罐，用于为所述第二供气装置提供氧气，所述液氧罐输出的液氧通过所述第二供气装置的供气管道进入所述第二供气装置；

减压器，用于对所述第二供气装置的供气管道中的液氧进行减压处理，得到氧气。

在本公开的一些实施例中，所述第二供气装置包括：

加热器，用于对所述第二供气装置的供气管道中的氧气进行加温；所述加热器将氧气进行加温后的温度为0-10℃。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开内燃机供气系统至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)本公开可以从外界环境中吸收气体燃料，并将气体燃料和氧气充分混合，优化燃烧过程，提高内燃机功率，降低排放，以实现在充满气体燃料的特殊环境下作业的目标。

(2)本公开中氧气喷头与所述缩口的呈一角度设置的结构，利于气体的充分混合。

(3)本公开中两个供气装置的输出端口所在的供气管道共环布置，利于进行换热，同时省去需要中冷器的设置，降低内燃机造价的同时使内燃机的结构设计更加紧凑。

(4)本公开中氧气供气装置的阀控组件，能够根据装置内氧气剩余量，对氧气的输出量进行调控，实现系统的自动控制。

(5)本公开中滤清器的设置，可以有效过滤气体燃料中的颗粒物杂质。

(6)本公开中压缩机的设置，可以对气体燃料进行增压处理。

(7)本公开中加热器的设置，可以对所述第二供气装置的供气管道中的氧气进行加温，利于气体燃料和氧气充分混合，进一步优化燃烧过程。

附图说明

图1为本公开实施例内燃机供气系统的结构示意图。

图2为图1中第一供气装置的结构示意图。

图3为图1中第二供气装置的结构示意图。

图4为图1中第一供气装置和第二供气装置的输出端口的结构示意图。

图5为本公开实施例内燃机供气系统工作状态示意图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

100-第一供气装置；

110-供气处理区；

111-滤清器；

112-压缩机；

120-供气混合区；

121-缩口；

200-第二供气装置；

210-氧气喷头；

220-液氧罐；

230-减压器；

240-加热器；

250-阀门；

260-电子控制单元；

300-供气管道；

400-端口。

具体实施方式

本公开提供了一种内燃机供气系统，包括：第一供气装置和第二供气装置；第一供气装置包括供气处理区和供气混合区；外部环境中的气体燃料通过供气处理区对气体燃料进行预处理；供气混合区与所述供气处理区通过供气管道相连；经过预处理后的气体燃料通过供气管道进入供气混合区；所述供气混合区的输出端口设置有缩口；第二供气装置的输出端口伸入所述第一供气装置的供气混合区内；第二供气装置的供气管道的输出端口处设置有氧气喷头，且氧气喷头与缩口的呈一角度设置。本公开可以从外界环境中吸收气体燃料，并将气体燃料和氧气充分混合，优化燃烧过程，提高内燃机功率，降低排放，以实现在充满气体燃料的特殊环境下作业的目标。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。

在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种内燃机供气系统。图1为本公开实施例内燃机供气系统的结构示意图。图2为图1中第一供气装置的结构示意图。图3为图1中第二供气装置的结构示意图。图4为图1中第一供气装置和第二供气装置的输出端口的结构示意图。如图1至4所示，本公开内燃机供气系统包括：第一供气装置100和第二供气装置200；第一供气装置100包括供气处理区110和供气混合区120；外部环境中的气体燃料通过供气处理区110对气体燃料进行预处理；供气混合区120与所述供气处理区110通过供气管道300相连；经过预处理后的气体燃料通过供气管道300进入供气混合区120；所述供气混合区120的输出端口设置有缩口121；第二供气装置200的输出端口400伸入所述第一供气装置100的供气混合区120内；第二供气装置200的供气管道300的输出端口400处设置有氧气喷头210，且氧气喷头210与缩口121的呈一角度设置。本公开可以从外界环境中吸收气体燃料，并将气体燃料和氧气充分混合，优化燃烧过程，提高内燃机功率，降低排放，以实现在充满气体燃料的特殊环境下作业的目标。

具体的，所述第一供气装置100的输出端口400所在的供气管道300，与所述第二供气装置200的输出端口400所在的供气管道300同轴设置，且所述第一供气装置100的供气管道300套设在所述第二供气装置200的供气管道300外。如图4所示，直径较小的内环管路为第二供气装置200的供气管道300，上述经过升温减压的氧气通入至此，在第二供气装置200的供气管道300的输出端口400加装有氧气喷头210，在阀门250关闭，即不需要提供氧气时处于图4所示的关闭状态，当需要提供氧气时，因为经过减压器230的氧气压力仍然较高，故会打开氧气喷头210成为图5所示的打开状态。图4中直径较大的外环管路为第一供气装置100的供气管道300，上述经过滤清器111及压缩机112的气体燃料会通入至此。第二供气(供氧)装置的供气管道300和第一供气(供燃气)装置的供气管道300将通过共环方式布置，两路管路中的气态物质由于温度不同，通过共环的布置方式，可以进行换热。本发明中存在于内环管路的氧气经过加热后温度仍然较低，而存在于外环管路的气体燃料温度较高。对于氧气而言，外环管路的气体燃料对其有加热作用，能够使得氧气气化更加完全，为之后两者的混合创造前提条件。另外，对于气体燃料而言，内环管路低温氧气对其有冷却作用，提高气体燃料密度，进而提高进气量，提高内燃机功率。同时这样的结构设计无需在压缩机112后加装的中冷器装置，降低内燃机造价的同时使内燃机的结构设计更加紧凑。

关于氧气喷头210与缩口121的结构，进一步说明如下：

如图5所示，本实施例中将氧气喷头210与水平面的角度α设置为60°，喷头打开后氧气将以60°的角度流出供氧管路。同时，第一供气装置100的输出端口400设置有与中心线呈45°的缩口121，所述缩口与中心轴线的夹角β为45°，所述氧气喷头与所述缩口间的夹角γ为75°，氧气和气体燃料将在缩口121处以75°为最佳的流速方向夹角混合，使两者混合充分。

本公开中第一供气装置100的供气处理区110包括：滤清器111和压缩机112。滤清器111设置于第一供气装置100的供气管道300内，用于过滤气体燃料中的颗粒物杂质。压缩机112设置于第一供气装置100的供气管道300内，用于对气体燃料进行增压处理。如图1所示，外部环境中的气体燃料通过第一供气装置100的输入端口400进入第一供气装置100的供气管道300，所标箭头为气体燃料流动方向，首先通过滤清器111过滤环境中的颗粒物杂质，过滤后的气体燃料进入压缩机进行增压。压缩机112通过涡轮机来提供能量，涡轮机由尾气余热供能。经过压缩机112压缩的气体燃料由第一供气装置100的输出端口400进入供气混合区120。

本公开中第二供气装置200包括：液氧罐220、减压器230、加热器240、阀门、氧气传感器(置于燃烧完毕的排气口，图中未画出)和电子控制单元260。液氧罐220输出的液氧通过所述第二供气装置200的供气管道300进入所述第二供气装置200；减压器230对第二供气装置200的供气管道300中的液氧进行减压处理，得到氧气。加热器240对第二供气装置200的供气管道300中的氧气进行加温；所述加热器240将氧气进行加温后的温度为0-10℃。阀门250设置于第二供气装置200的供气管道300的输出端口400。阀门250打开，由于供气管道300中的氧气压力大于外界压力，压力使得氧气喷头210打开；所述阀门250关闭，所述氧气喷头210关闭。氧气传感器设置于燃烧完毕的排气口处，检测排气中氧气浓度，并向电子控制单元260发送反馈信号；电子控制单元260根据接收氧气传感器发送的反馈信号，判断燃烧所需氧气量，控制阀门250的开度。如图2所示，氧气以液氧的形态储存在液氧罐220内。通过阀门250进入到供气管道，阀门250通过电子控制单元260根据第二供气装置200的输出端口400加装的氧气传感器判定氧气的剩余量来控制阀门250开度。由于液氧罐220内液氧以低温高压形式存在，故在阀门250后加装减压器230来使得供氧压力下降。阀门250开启后，液氧经过减压器230变为气体状态，但其温度仍然极低，再在减压器230后端加装加热器240，加热器240将低温气态氧加热至0-10℃之后，经升温降压后的氧气通过供气管道300输出进入供气混合区120中。

以下针对电子控制单元260和氧气传感器做进一步说明，以清楚了解其工作原理。

电子控制单元260，是指由集成电路组成的用于实现对数据的分析处理发送等一系列功能的控制装置。在汽车上广泛应用，并且集成度越来越高。电子控制单元主要包括：输入电路、A/D(模/数)转换器、微型计算机和输出电路。以下分别对各主要器件进行说明：

输入电路对传感器输入信号进行预处理，使输入信号变成微处理器可以接受的信号。因为输入信号有两类，模拟信号和数字信号，所以分别由相应的输入电路对之进行处理。

A/D转换器将模拟信号转变为数字信号，如空气流量传感器、水温传感器、进气温度传感器、线性输出式常气门位置传感器等向汽车电子控制单元输出的是模拟信号(即连续变化的信号)。它们经输入电路处理后，都已变成具有一定幅值的模拟电压信号，但微型计算机不能直接处理它，还须用A/D转换器转换成数字信号。

微型计算机包括CPU、存储器、输入输出接口(I/O接口)、总线等。信号通过输入接口进入CPU，经过数据处理后，把运算结果送至输出接口，使执行器工作。

输出电路是微型计算机与执行器之间建立联系的一个装置。它的功能是将微型计算机发出的指令信号转变成控制信号，以驱动执行器工作。

氧气传感器，是汽车上的标准配置，它是利用陶瓷敏感元件测量汽车排气管道中的氧电势，由化学平衡原理计算出对应的氧浓度，达到监测和控制燃烧空燃比，以保证产品质量及尾气排放达标的测量元件。氧气传感器广泛应用于各类煤燃烧、油燃烧、气燃烧等炉体的气氛控制，它是目前最佳的燃烧气氛测量方式，具有结构简单、响应迅速、维护容易、使用方便、测量准确等优点。

其基本工作原理是：在一定条件下，利用氧化锆内外两侧的氧浓度差，产生电位差，且浓度差越大，电位差越大。大气中氧的含量为21％，浓混合气燃烧后的废气实际上不含氧，稀混合气燃烧后生成的废气或因缺火产生的废气中含有较多的氧，但仍比大气中的氧少得多。在高温及铂的催化下，带负电的氧离子吸附在氧化锆套管的内外表面上。由于大气中的氧气比废气中的氧气多，套管上与大气相通一侧比废气一侧吸附更多的负离子，两侧离子的浓度差产生电动势。

当汽车套管废气一侧的氧浓度低时，在氧气传感器电极之间产生一个高电压(0.6～1V)，这个电压信号被送到汽车电子控制单元放大处理，电子控制单元把高电压信号看作浓混合气，而把低电压信号看作稀混合气。根据氧气传感器的电压信号，电脑按照尽可能接近14.7：1的理论最佳空燃比来稀释或加浓混合气。因此氧气传感器是电子控制燃油计量的关键传感器。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开内燃机供气系统有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供一种用于气体燃料环境下的内燃机供气系统，主要是在充满气体燃料的环境下改造内燃机，使其通过吸收外界的气体燃料，完成和自身携带的氧气混合的过程，在特殊环境中作业具有重要意义。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种内燃机供气系统，包括：

第一供气装置，用于对外部环境中的气体燃料进行预处理并进行气体混合；所述第一供气装置包括：

供气处理区，外部环境中的气体燃料通过供气处理区对气体燃料进行预处理；

供气混合区，与所述供气处理区通过供气管道相连；经过预处理后的气体燃料通过供气管道进入供气混合区；所述供气混合区的输出端口设置有缩口；

第二供气装置，所述第二供气装置的输出端口伸入所述第一供气装置的供气混合区内；所述第二供气装置包括：

氧气喷头，与所述第二供气装置的供气管道的输出端口相连；所述氧气喷头与所述缩口的呈一角度设置。

2.根据权利要求1所述的内燃机供气系统，其中，所述第一供气装置的输出端口所在的供气管道，与所述第二供气装置的输出端口所在的供气管道同轴设置。

3.根据权利要求1所述的内燃机供气系统，其中，所述氧气喷头与水平面的夹角为α，其中，α＝45°-75°。

4.根据权利要求1所述的内燃机供气系统，其中，所述缩口与中心轴线的夹角为β，其中，β＝30°-60°。

5.根据权利要求1所述的内燃机供气系统，其中，所述氧气喷头与所述缩口间的夹角为γ，γ＝90°+β-α，其中，α为所述氧气喷头与水平面的夹角，α＝45°-75°，β为所述缩口与中心轴线的夹角，β＝30°-60°。

6.根据权利要求1所述的内燃机供气系统，其中，所述第二供气装置包括：

阀门，设置于所述第二供气装置的供气管道的输出端口；所述阀门打开，所述氧气喷头打开；所述阀门关闭，所述氧气喷头关闭；

氧气传感器，设置于所述第二供气装置的输出端口处，用于检测排气中氧气浓度，并向所述电子控制单元发送反馈信号；

电子控制单元，根据接收所述氧气传感器发送的反馈信号，判断燃烧所需氧气量。

7.根据权利要求1所述的内燃机供气系统，其中，所述第一供气装置包括：

滤清器，所述滤清器设置于所述第一供气装置的供气管道内，用于过滤气体燃料中的颗粒物杂质。

8.根据权利要求1所述的内燃机供气系统，其中，所述第一供气装置包括：

压缩机，所述压缩机设置于所述第一供气装置的供气管道内，用于对气体燃料进行增压处理。

9.根据权利要求1所述的内燃机供气系统，其中，所述第二供气装置包括：

液氧罐，用于为所述第二供气装置提供氧气，所述液氧罐输出的液氧通过所述第二供气装置的供气管道进入所述第二供气装置；

减压器，用于对所述第二供气装置的供气管道中的液氧进行减压处理，得到氧气。

10.根据权利要求1所述的内燃机供气系统，其中，所述第二供气装置包括：

加热器，用于对所述第二供气装置的供气管道中的氧气进行加温；所述加热器将氧气进行加温后的温度为0-10℃。

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