CN202091034U - 燃气混合发动机 - Google Patents

Abstract

燃气混合发动机采用电控燃料供给喷射系统，本实用新型发动机采用的燃料为压缩天然气，包括：采用进气门口处多点低压喷射的燃料喷射装置，与燃料供给装置相连接——为燃气混合发动机提供压缩天然气的燃料供给装置；燃烧装置；容纳燃烧，产生动力。电子控制装置：新型电控燃料供给装置和先进的喷射装置相连接，匹配单体双花高能点火系统。在电子控制器的控制下实现根据发动机各种工况的需要，由进气门口处多点低压喷射实现在缸内双点燃烧，提高燃料的利用率和大幅度降低排放气体中的有害成份，达到节能环保的目标。

Description

燃气混合发动机

技术领域：

本实用新型涉及气体发动机制造技术和各种柴油机改用天然气燃料的发动机改造技术。

背景技术：

目前，我国用引进技术制造的天然气发动机及柴油机改为天然气发动机均采用在进气管内混合器式燃料供给方式，经长期实践证明存在如下不足：

1、由于气体燃料占用了10％—15％进气管容积，导致发动机充气系数下降而引起功率下降；

2、部分燃料因气门叠开而逸出，造成燃料浪费和排出废气有害物质增多；

3、发动机提速缓慢，导致重载和爬坡时运行速度降低；

4、因点火能量偏低(相对于天然气燃烧速度缓慢特性而言)而导致燃料燃烧速度缓慢，发动机温度偏高。

发明内容：

本实用新型针对上述不足之处，采用全新技术加以改进，设计一种新型燃气混合发动机，使之更加符合节能环保要求。

本实用新型采用结构是：燃气混合发动机采用的燃料为压缩天然气，包括有燃气发动机，燃料喷射装置，燃料供给装置，燃烧装置，电子控制器；本实用新型要点是：

1、燃料喷射装置采用进气门口处多点低压喷射，它与燃料供给装置相连接；

2、燃烧装置，主要由燃烧室和火花塞构成，其火花塞为单体双花火花塞；

3、燃料供给装置为燃气混合发动机提供压缩天然气，它包括下述依次连接的：

-钢瓶，

-手动截止阀，

-精过滤器，

-润滑滤气盒，

-高压电磁阀与压力调节器用管线与气体分配器相连接，高压电磁阀安装在燃气混合发动机出水管后端面上，连接管线从燃气混合发动机出水管中穿过，

-气体分配器，储存一定数量和压力的CNG，供燃气发动机使用，其出口处安装以压缩空气为动力源、由电子控制器和温度/压力传感器控制的安全装置一两位四通阀，温度/压力传感器装在气体分配器上；

4、电子控制器实时接受发动机传感器组输入的信息，并控制燃气发动机各个执行器工作。

本实用新型具有的优点是：

本实用新型燃气混合发动机具有实际使用意义，修改相关数据后可以使用LNG和其它气体燃料。任何从事本专业的技术人员均可把本实用新型中所使用的技术经过适当的修改和组合，部分或全部用于其它各种发动机上。本实用新型取消了传统的CNG发动机必须使用的减压器、混合器和电子调压器等部件，减少了对国外核心技术的依赖，使CNG发动机制造成本大幅度降低，在保证发动机动力强劲的前提下，取得节省燃料等经济效益和排放物清洁达标的环保效益，极具推广使用价值。

附图说明

图1是燃气混合发动机结构原理示意图。

图中：钢瓶1，手动截止阀2，精过滤器3，润滑滤气盒4，高压电磁阀5，压力调节器6，温度/压力传感器7，气体分配器8，两位四通阀9，两位四通阀工作缸10，车用压缩空气罐11，电控喷气阀12，喷嘴13，单体双花火花塞14，燃气发动机15，凸轮轴位置传感器16，转速/上止点传感器17，机油压力传感器18，氧传感器19，消音器20，点火开关21，蓄电池22，踏板23，油门踏板传感器24，车速传感器25，水温传感器26，冷却水散热器27，高压点火线圈28，仪表盘29，电子控制器30，变速箱31，单向阀32，爆震传感器33，诊断接口34，工作缸电磁阀35。

具体实施方式

本实用新型是以现有的燃气发动机和柴油发动机加以改造设计，其采用的部件都是现有的和市售的产品。图1所示为本实用新型的结构原理示意图，凡本领域技术人员参照图1和说明书记载均可了解本实用新型的原理及结构。本实用新型发动机采用的燃料为压缩天然气，包括有燃气发动机，燃料喷射装置，燃料供给装置，燃烧装置，电子控制器；本实用新型的要点是：

采用进气门口处多点低压喷射的燃料喷射装置，与燃料供给装置相连接；

燃烧装置，主要由燃烧室和火花塞构成，其火花塞为单体双花火花塞14；

为燃气发动机提供压缩天然气的燃料供给装置，包括：

-钢瓶1，

-手动截止阀2，

-精过滤器3，

-润滑滤气盒4，

-高压电磁阀5与压力调节器6，用管线与气体分配器8相连接，高压电磁阀5安装在燃气发动机15出水管后端面上，连接管线从燃气发动机15出水管中穿过，

-气体分配器8，储存一定数量和压力的CNG，供燃气发动机使用，其出口处安装以压缩空气为动力源的由电子控制器30和温度/压力传感器7控制的安全装置-两位四通阀9，温度/压力传感器7装在气体分配器8上。

上述燃料供给装置的各部件依次连接。

本实用新型中电子控制器(ECU)30，实时接受发动机传感器组输入的信息，经过处理后控制发动机各个执行器工作。

燃气混合发动机采用进气门口处多点低压喷射方式和匹配单体双花高能点火系统及进气增压度适宜的水冷废气涡轮增压机构，燃气发动机15采用的燃料为压缩天然气，部件主要包括，燃料供给装置：为燃气发动机15提供压缩天然气，以保证发动机在不同工况下都能获得所需要的天然气。燃料喷射装置与燃料供给装置相连接，采用进气门口处多点低压喷射，通过多种不同的喷射方式为不同工况下的发动机提供相适应的天然气与空气的混合气。燃烧装置：主要由燃烧室和火花塞构成，点燃混合气并容纳燃料燃烧，从而产生能量推动活塞为发动机的运转提供动力。高能点火装置中的火花塞工作时同时产生两个火炬型电火花，在缸内实现双点燃烧，加快CNG燃烧速度，并在各种工况和使用条件下都能在适当的时刻产生足够的火花能量以保证可靠而准确地点火。

参照图1，本实用新型燃气混合发动机的电控燃料供给喷射系统，钢瓶1、手动截止阀2、精过滤器3、润滑滤气盒4、高压电磁阀5、压力调节器6依次连接，通过单向阀32将钢瓶1中的燃气送入气体分配器8中。钢瓶1：用来储存压力为20Mpa的压缩天然气。手动截止阀2：通过手动操作实现压缩天然气的供给和中断。精过滤器3：过滤出天然气中的固体颗粒，保证系统正常运行。润滑滤气盒4：为解决因天然气中缺少润滑成分运动机件过度磨损而设置，内装用纳米技术制造具有一定分散挥发性的固体润滑材料压制而成的蜂窝式滤芯，利用压缩天然气的压力将润滑材料送至燃料供给喷射执行机构运动部件的摩擦表面，延长运动部件的使用寿命，改善活塞上部与缸壁间的润滑，应定期更换。高压电磁阀5：用管线与气体分配器相连接，高压电磁阀5安装在燃气发动机15出水管后端面上，连接管线从发动机出水管中穿过，利用发动机冷却液的热能及辐射热给燃气加温和防止高压电磁阀5因气体膨胀吸热产生冻结而失灵，合理利用气体膨胀产生的吸热能力，减轻冷却系的工作负担。根据气体分配器上温度/压力传感器7的信号，控制进入气体分配器的燃气压力和流量，保证气体分配器中燃气压力相对稳定在规定的标准值范围内。压力调节器6：将CNG的压力和流量精确调整到设计规定的标准值。气体分配器8：用不锈钢无缝管制作，储存一定数量和规定压力的压缩天然气，保证发动机在各种工况下的需要。出口处安装以压缩空气为动力源的由电子控制器30和温度/压力传感器7控制的自动断气执行机构-两位四通阀9，在管线意外断裂和压力超高时自动关闭供气管线，确保系统运转的安全性。温度/压力传感器7：监测气体分配器内天然气温度和压力，并在天然气压力因消耗而降低时控制高压电磁阀经压力调节器向气体分配器内充气，且能在压力突然超出控制范围内降低和超高时，通知电子控制器启动自动断气机构。压缩空气罐11通过单向阀32和两位四通阀工作缸10连接在两位四通阀9上。

燃料喷射装置是通过高响应的电控喷气阀12和喷嘴13在进气下半程(排气门关闭后)根据发动机各种工况需要量将天然气分几种形式以扇形气束直接喷射到燃气发动机15进气门口处，避免因气门叠开发生燃气外逸，使天然气在缸内与空气混合更加均匀，以利达到稀薄燃烧和分层燃烧的目的。

燃气发动机15气缸盖上排气门处或在原柴油机喷油器孔内安装的单体双花火花塞14与用不锈钢材料制造的安装在紧靠进气门口处的喷嘴13并列设置并安装在缸盖上。燃料喷射装置上的电控喷气阀12和高压点火线圈28用支架安装在缸盖上方和进气管侧面，应避免相互间产生干扰现象。

电子控制器30装在燃气发动机15侧面，电子控制器30的结构和控制原理均属于现有技术范畴。凸轮轴位置传感器16装在凸轮轴信号盘附近，转速/上止点传感器17装在飞轮壳附近，机油压力传感器18装在机油主油道上，爆震传感器33装在缸盖上，车速传感器25装在变速箱31输出轴上，氧传感器19装在消音器20上，水温传感器26装在发动机缸盖出水管上，与冷却水散热器27连在一起。油门踏板传感器24装在踏板23下，温度/压力传感器7装在气体分配器8上，传感器组负责将发动机及车辆运行状况的各种信息反馈给电子控制器30，电子控制器30据此控制燃料供给喷射系统和点火系统及安全系统各执行器工作。各仪表反应的工作状态都由仪表盘29显示。由上述组件组成的高精度闭环控制系统使发动机能够达到设计之标准。

通过多种不同的喷射方式为不同工况下的发动机提供相适应的天然气与空气的混合气。本实用新型燃气混合发动机使用适合燃气特点的铝基活塞，其顶部燃烧室为开放式平底浅盆状燃烧室，活塞环和气门等部件均采用耐高温和抗腐蚀金属材料制成。把气缸压缩比调整到12.5∶1-13∶1之间，原有安装喷油器的位置安装单体双花火花塞，并在缸盖上安装天然气喷嘴，利用图1所示各种部件和电子控制装置及传感器组，组成一个高精度的闭环式燃料供给喷射和燃烧控制系统，确保燃气混合发动机安全运行。

启动车时，打开点火开关21，蓄电池22向燃气混合发动机各用电部位供电。高压电磁阀5打开经压力调节器6通过管线向气体分配器8供气，达到规定压力后停止供气。同时给电子控制器30和传感器组及点火装置供电。当点火开关拧到起动位置时，蓄电池22供电，使起动机带动曲轴旋转，电子控制器30根据凸轮轴位置传感器16和其它传感器组所反馈回来的脉冲信号，经过整理和计算后适时发出喷气和点火指令。燃气混合发动机15在起动和怠速时实行短脉冲单次喷射，给燃气混合发动机15提供少量较浓的混合气，在气温低于-5℃时电子控制器30根据水温传感器26脉冲信号启动加浓程序，使燃气发动机15能顺利起动和维持最低稳定转数。当气体分配器8中的天然气因消耗而压力降低到规定压力(规定压力为1Mpa)以下时，高压电磁阀5经压力调节器6立即向气体分配器8供气，确实保证气体分配器8中天然气压力相对稳定在规定范围内，使电控喷气阀12工作时天然气喷量保持高度精确性，误差率控制在设计允许的范围内。发动机运转5分钟后电子控制器30自动将发动机转速提升到1000r/min-1100r/min待温，水温达到60℃后可以工作。80℃-90℃时达到最佳工作状态。操纵者利用油门踏板23和油门踏板传感器24控制发动机运行速度，在发动机高速运转时然松脱油门踏板，电子控制器ECU30对发动机实施倒拖断油管理，待发动机转数降低到设计规定转数时恢复供气。中小负荷时采取预喷和主喷相结合的方式进行供气，给发动机提供经济性突出的稀薄混合气。在高速、大功率运行和突然加速的情况下采用预喷、主喷和付喷相结合的供气方式给发动机提供标准混合气或稍浓混合气，在满足发动机动力需求的同时，满足经济性运行指标。

凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种燃气混合发动机，采用的燃料为压缩天然气，包括有燃气发动机，燃料喷射装置，燃料供给装置，燃烧装置，电子控制器；其特征在于：

(1)燃料喷射装置采用进气门口处多点低压喷射，它与燃料供给装置相连接；

(2)燃烧装置主要由燃烧室和火花塞构成，火花塞为单体双花火花塞；

(3)燃料供给装置为燃气发动机提供压缩天然气，它包括下述依次连接的：

-钢瓶，

-手动截止阀，

-精过滤器，

-润滑滤气盒，

-高压电磁阀与压力调节器用管线与气体分配器相连接，高压电磁阀安装在燃气发动机出水管后端面上，连接管线从燃气发动机出水管中穿过，

-气体分配器，储存一定数量和压力的CNG，供燃气发动机使用，其出口处安装以压缩空气为动力源、由电子控制器和温度/压力传感器控制的安全装置一两位四通阀，温度/压力传感器装在气体分配器上；

(4)电子控制器实时接受发动机传感器组输入的信息并控制燃气发动机各个执行器工作。

2.根据权利要求1所述的燃气混合发动机，其特征在于：单体双花火花塞安装在燃气发动机的气缸盖上排气门处或在原柴油机喷油器孔内，单体双花火花塞与安装在紧靠进气门口处的喷嘴并列设置并安装在气缸盖上。

3.根据权利要求1所述的燃气混合发动机，其特征在于：燃料喷射装置上的电控喷气阀和高压点火线圈用支架安装在燃气发动机的缸盖上方和进气管侧面，应避免相互干扰。

4.根据权利要求1所述的燃气混合发动机，其特征在于：电子控制器装在燃气发动机侧面。

5.根据权利要求1所述的燃气混合发动机，其特征在于，所述发动机传感器组的安装位置为：凸轮轴位置传感器装在凸轮轴信号盘附近，转速/上止点传感器装在飞轮壳附近，机油压力传感器装在机油主油道上，爆震传感器装在缸盖上，车速传感器装在变速箱输出轴上，氧传感器装在消音器上，水温传感器装在燃气发动机的缸盖出水管上，油门踏板传感器装在踏板下，温度/压力传感器装在气体分配器上。 

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