CN1417459A - 风冷天然气发动机 - Google Patents
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Abstract
风冷天然气发动机，它包括缸筒、缸盖、活塞连杆、机体、曲轴、燃料供给系统、机油冷却系统，发动机冷却系统采取强制风冷却，它由曲轴输出为动力，带动鼓风机或冷却风扇，在风压室或导风罩内形成一定压力的冷却风流，冷却风吹过缸筒和缸盖外表面的散热片，发挥冷却作用。该发动机安装有缸盖温度和皮带断保护装置，本发明适用于远离水源，而又无人职守、具备天然气的地区使用，彻底解决了冷却水对机体的各种不良侵蚀，可广泛应用于石油开采、农业排灌、小型发电机组等场合。
Description
技术领域 本发明涉及动力工程领域中的天然气发动机技术，尤其是风冷天然气发动机。
背景技术 目前，在石油开采中，由于油井地处偏僻旷野，且分布相当分散，需要就地使用能源提供动力，最便利的资源就是天然气(石油伴生气)，一般天然气发动机均采用水冷式冷却，在无人职守的情况下，由于冷却水的渗漏损耗以及对系统的腐蚀，不可能长期持续无人职守运行，又加上井场远离水源，所以，需要一种无水冷却的发动机。专利98102138.7《备有气体燃料改质装置的燃气发动机》(日本)，是将CO2与CH4混合，然后送入配置在排气通路上的触媒反应器，用废气的热能使其分解而变换为改质燃料，该发明专利虽为燃气发动机，但未采用风冷技术；中国专利《压缩天然气汽车发动机调压器》(专利号：9720831406)为水冷式发动机上使用；中国专利《天然气内燃机预燃室》(专利号：96248515.2)未涉及风冷技术。因此，发明一种风冷式天然气发动机以满足具有天然气资源，而又远离水源的地区使用，变得非常重要。
发明内容 本发明所要解决的技术问题是设计一种风冷天然气发动机，代替原有的水冷天然气发动机，解决水冷式发动机漏水和穴蚀，适应发动机作业现场远离水源，以及无人职守持续工作的需要。风冷天然气发动机，以天然气为燃料，它包括缸筒、缸盖、活塞连杆、机体、曲轴、燃料供给系统、机油冷却系统等，发动机的冷却系统为强制风冷却，它有两种实现方式，第一种冷却系统的结构为，在曲轴自由端安装有主皮带轮，主皮带轮通过三角皮带带动鼓风机皮带轮，张紧轮安装在三角皮带的内侧，并通过螺栓固定在机体上，在鼓风机空气出口处安装有风压室，风压室前后为光滑过渡，风压室通过螺栓安装在机体进气侧和气缸盖上，在气缸盖和缸筒的外表面铸有散热片。第二种冷却系统的结构关系为，冷却风扇与飞轮做成一体，风扇叶片固定在飞轮上，叶片为前倾后弯结构或后向圆弧结构，曲轴带动飞轮旋转，导风罩扣装在冷却风扇的外部，导风罩的形状为多圆弧曲线蜗壳结构，导风罩通过螺栓固定在机体和缸盖上，在气缸盖和缸筒的外表面铸有散热片。
发动机燃料供给系统主要由燃气调压阀、燃气电磁阀、空气燃气混合器、进气管系及配气机构等组成。针对预混式天然气机工作循环的特点，对配气凸轮桃形进行模拟计算，优化配气相位，以满足其工作过程的需要；进气管采用大直径圆筒结构，改善气流的稳定性，增加发动机的进气充量；天然气管路中装有调压阀，保证管路中天然气具有适当的稳定压力；进气管前安装有膜片式混合器，以保证可燃混合气以合理的空燃比进入气缸，实现缸内混合气的良好燃烧。本发明的燃料供给系统是这样实现的，该发动机的燃料供给系统为气气预混方式，经处理后的天然气(石油伴生气)，通过燃气调压阀，以相对稳定的设定压力，在气缸真空度的抽吸作用下，在空气燃气混合器中与空气混合，并按一定比例进入进气管，再进入气缸。
本发明的第一种冷却系统是这样实现的，以曲轴前端输出为动力，通过皮带传动驱动轴流式鼓风机旋转，鼓风机吹出的冷却风在风压室内形成一定压力的冷却气流，穿过气缸盖和缸筒外壁的散热片，从发动机进气侧吹向排气侧，冷却气缸盖和缸筒，减小发动机受热件的热负荷。第二种冷却系统是这样实现的，当曲轴旋转时，飞轮随之旋转产生径向风流，通过导风罩将冷却风流送至需冷却的部位。
发动机的机油散热器具有单独的冷却气流回路，鼓风机吹出的冷却风的一部分通过机油冷却器，直接与外界相通，与缸盖和缸筒的冷却回路互不干扰，即保证了机油的良好冷却，又不对气缸盖和缸筒的冷却产生额外负荷，整个冷却系统的冷却效率较高。
风冷天然气机具有天然气发动机的优点，燃烧产物中CO、CH及NOx等化合物明显少于传统液体燃料发动机，且不含有排气颗粒，排气烟度亦明显减少，为理想的经济环保型发动机。
风冷天然气机同时具有风冷发动机的优点，其强制风冷却方式，冷却效果受外部环境影响较小，且不需要添加冷却水，彻底解决了冷却水对机体和缸筒的穴蚀以及对发动机的各种不良浸蚀。特别适用于严寒、酷热、高地及沙漠等远离水源的场合使用，为实现发动机的无人职守和自动化运行提供了良好的保障。
风冷天然气机因为其风冷方式，简化了冷却系统的结构，减少了机体、缸盖等关键零部件因布置冷却水道而带来的困难，以及冷却管系和散热器在结构布置上的繁琐和不便，同时减小了发动机的体积，降低了发动机的重量。
发动机采用数字式点火系统，由于天然气缸内燃烧的特点，要求点火电压和点火能量均高于普通点火式发动机，保证发动机的连续可靠点火。
发动机采用数字式监控和保护系统，针对风冷发动机的特点，增设了缸盖温度高和风扇皮带断保护装置，缸盖温度高保护装置，它采用数字式控制，包括CPU控制器、缸盖温度传感器和切断式燃气电磁阀等，传感器安装在缸盖的排气侧，并通过通讯线路与CPU控制器相联，CPU控制器后接切断式燃气电磁阀，切断式燃气电磁阀安装在燃气管路中。皮带断保护装置，保护开关安装在张紧轮上，并通过信号线与CPU控制器相联接，CPU控制器后接切断式燃气电磁阀，该电磁阀安装在燃气管路中。其保护功能是这样实现的，当保护信号传递给发动机电子控制系统时，该系统输出信号断开燃气电磁阀电路，切断天然气通路，迫使发动机停机。缸盖温度高保护功能可防止铝合金缸盖温度超过许用值而受损，风扇皮带断保护装置可保证发动机无冷却即停机的目的。
风冷天然气机可广泛应用于油田开采、农业排灌、小型发电机组等场合，还可作为多种特种车辆及工程机械的发动机。它尤其适用于具有天然气(石油伴生气)资源，而又远离水源的地区使用。它在严寒、酷热、高原、沙漠等恶劣环境地区使用，更能发挥其风冷方式的优势。
实施例1 T3120F风冷天然气发动机
附表1是本发明的风冷天然气发动机—实施例1的性能指标。
附图说明 附图1、图2分别是本发明的风冷天然气发动机—实施例1的正视图和侧视图。
1油底壳 9排气管 17风压室
2主皮带轮 10充电电机 18风扇传动
3张紧轮 11起动电机 皮带
4鼓风机 12混合器 19机体
5点火线圈 13点火传感 20机油滤清
6高压点火 器 器
线 14进气管 21曲轴
7火花塞 15缸筒
8气缸盖 16调速器
具体实施方式 T3120F风冷天然气发动机的燃料供给系统和冷却系统结构如附图1、图2所示。发动机右侧布置调压阀、电磁阀、混合器12、和进气管系14等供给系统，以及鼓风机4和风压室17等冷却系统；曲轴自由端安装有主皮带轮18、弹性张紧轮3和鼓风机皮带轮(与鼓风机一体)等鼓风机传动机构。
实施例2 T1120F风冷天然气机
附表2是本发明的风冷天然气发动机--另一实施例2的性能指标。
附图说明 附图3、图4分别是本发明的风冷天然气发动机—实施例2的正视图和侧视图。
1、点火系统 2、进气系统 3、气缸盖部分 4、调速系统 5、机体部分 6、起动电机 7、点火电机 8、机油泵 9、机油滤清器 10、油底壳 11、排气系统 12、输出带轮 13、风扇叶片 14、飞轮 15、导风罩
具体实施方式 T1120F风冷天然气机的进气和冷却系结构如附图3、图4所示。其冷却系统主要由冷却风扇、导风罩、气缸盖和缸筒外面的散热片等组成。冷却风扇与飞轮做成一体，当曲轴旋转时，飞轮随之旋转产生径向风流，通过导风罩将冷却风流送至需冷却的部位。这种风扇结构简单、效率高、强度好，导风罩设计为相对密封的容积，在内部建立起一定的风压，以达到冷却气缸盖、缸筒的作用。
附表1
| 型号 | 3120FT | 3120FT-2 | |
| 型式 | 直列立式、强制风冷、四冲程、自然吸气 | ||
| 气缸数 | 3 | ||
| 缸径×行程 mm | 120×140 | ||
| 总排量 L | 4.75 | ||
| 压缩比 | 10∶1 | ||
| 额定功率 kW | 35 | 25 | |
| 额定转速 r/min | 1500 | 1000 | |
| 天然气热耗率 kJ/kW·h | 11000 | ||
| 机油消耗率 g/kW·h | ≤1.8 | ||
| 排气烟度 RB | ≤0.8 | ||
| 电点火系统 | 点火电源 | 永磁交流发电机 | |
| 点火次序 | 1-3-2(气缸排列顺序从自由端起) | ||
| 点火方式 | 火花塞电点火 | ||
| 点火提前角(上止点前) | 38°±4° | 36°±4° | |
| 排气温度 ℃ | ≤600 | ||
| 外形尺寸(l×b×h)mm | 890×644×1067 | ||
| 净质量 kg | 600 | ||
附表2
| 型号 | 1120FT | |
| 型式 | 卧式、强制风冷、四冲程、自然吸气 | |
| 气缸数 | 1 | |
| 缸径×行程 mm | 120×140 | |
| 总排量 L | 1.58 | |
| 压缩比 | 8.5∶1 | |
| 额定功率 kW | 9 | |
| 额定转速 r/min | 1300 | |
| 天然气热耗率 kJ/kW·h | 14000 | |
| 机油消耗率 g/kW·h | ≤1.8 | |
| 排气烟度 RB | ≤0.8 | |
| 电点火系统 | 点火电源 | 永磁交流发电机 |
| 点火方式 | 火花塞电点火 | |
| 点火提前角(上止点前) | 28°±2° | |
| 排气温度 ℃ | ≤550 | |
| 外形尺寸(l×b×h)mm | 1110×534×850 | |
| 净质量 kg | 250 | |
Claims (6)
1、风冷天然气发动机，它包括缸筒、缸盖、活塞、机体等，其燃料供给系统包括燃气调压阀、燃气电磁阀、空气燃气混合器、进气管系及配气机构等，其机油冷却系统具有单独的冷却气流回路，其特征是发动机的冷却系统为强制风冷却，冷却系统的结构为，在曲轴自由端安装有主皮带轮，主皮带轮通过三角皮带带动鼓风机皮带轮，张紧轮安装在三角皮带的内侧，并通过螺栓固定在机体上，在鼓风机空气出口处安装有风压室，风压室前后为光滑过渡，风压室通过螺栓安装在机体进气侧和气缸盖上。
2、风冷天然气发动机，它包括缸筒、缸盖、活塞、机体等，其燃料供给系统包括燃气调压阀、燃气电磁阀、空气燃气混合器、进气管系及配气机构等，其机油冷却系统具有单独的冷却气流回路，其特征是发动机的冷却系统为强制风冷，冷却系统的结构关系为，冷却风扇与飞轮做成一体，风扇叶片固定在飞轮上，叶片为前倾后弯结构或后向圆弧结构，曲轴带动飞轮旋转，导风罩扣装在冷却风扇的外部，导风罩的形状为多圆弧曲线蜗壳结构，导风罩通过螺栓固定在机体和缸盖上。
3、根据权利要求1、权利要求2所述的风冷天然气发动机，其特征是在气缸盖和缸筒的外表面铸有散热片。
4、根据权利要求1、权利要求2所述的风冷天然气发动机，其特征是发动机安装有缸盖温度高保护装置，它采用数字式控制，包括CPU控制器、缸盖温度传感器和切断式燃气电磁阀等，传感器安装在缸盖的排气侧，并通过通讯线路与CPU控制器相联，CPU控制器后接切断式燃气电磁阀，该电磁阀安装在燃气管路中。
5、根据权利要求1所述的风冷天然气发动机，其特征是所述的风压室的形状为，前端为圆筒形结构，后端为椭圆形结构。
6、根据权利要求1所述的风冷天然气发动机，其特征是发动机安装有皮带断保护装置，保护开关安装在张紧轮上，并通过信号线与CPU控制器相联接，CPU控制器后接切断式燃气电磁阀，该电磁阀安装在燃气管路中。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN01127575A CN1417459A (zh) | 2001-10-29 | 2001-10-29 | 风冷天然气发动机 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN01127575A CN1417459A (zh) | 2001-10-29 | 2001-10-29 | 风冷天然气发动机 |
Publications (1)
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| CN1417459A true CN1417459A (zh) | 2003-05-14 |
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102369342A (zh) * | 2009-03-31 | 2012-03-07 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于热交换器尤其机动车的冷却剂冷却器的双重鼓风机 |
| CN102493862A (zh) * | 2011-12-02 | 2012-06-13 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种汽车导风罩 |
| CN102691544A (zh) * | 2011-03-25 | 2012-09-26 | 北汽福田汽车股份有限公司 | 用于发动机的机油调压阀和具有它的汽车 |
| CN110159408A (zh) * | 2019-06-24 | 2019-08-23 | 江苏江淮动力有限公司 | 一种发动机的冷却风道 |
| CN116906174A (zh) * | 2023-09-13 | 2023-10-20 | 云南振邦机电设备有限公司 | 一种具有多重散热功能的新型柴油发电机组 |
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2001
- 2001-10-29 CN CN01127575A patent/CN1417459A/zh active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |