CN2375769Y - 油气多种燃料通用最佳混合比发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种油气多种燃料通用最佳混合比发动机,其特征在于:连接构件由进气口与气源相连、出气口与调控输气量的转筒阀进气口相连的弹簧、膜片、阀芯反装式燃气调压稳压器,及转筒阀出气口与流体动力效应燃气输入管进气口相连,其出气口与发动机进气总管相通,本实用新型使用各种燃料,最大输出功率可达到100—110%,热效率高达30—38%。

Description

油气多种燃料通用最佳混合比发动机

本实用新型涉及一种内燃发动机技术领域，尤其是一种油气多种燃料通用最佳混合比发动机。

现有技术中，一种称为“油气两用”，用于压缩天然气汽车上的技术，源于八十年代后期，四川从国外(新西兰、澳大利亚)引进，该项技术只相当于四十年代煤气机的水平。改装后的发动机，功率下降(约只有原功率的72-80％)，燃料耗量过大。其技术的不合理性，主要表现为：1、钢瓶常用最高储气压200kgf/cm²或以上，只采用一个其主体浇铸成一体的三级减压装置。该减压器的逐级减压比明显超出常规许可值。致使出口压力波动大，即流量和压力特性偏差大，极不适宜于燃气输入要求高度稳定的发动机工作。2、其减压后的天然气，就直接用一根末端带斜切口的管道，通入进气管中，斜切口朝上，作压力喷射，射流方向朝管壁，这种不同节气门开度，不同空气进入量，几近“恒定流”的燃气输入，不合理的混合比，导致怠速或低功率段，燃烧极不完全，排放污染大有过之。当加大“油门”，节气门全开时，燃气输入量又明显不足，最大功率下降。射向管壁的天然气，产生射流原理中的附壁效应，降低混合均匀度，恶化燃烧过程。

较为先进的技术，是八十年代中期国外发展起来的“等混合比膜盒式混合器”用于“油气两用”发动机上，(《内燃机工程》86第3期)。其原理是利用进气总管上端，运转中产生的负压，使其联通有膜片、压缩弹簧等件组成的密封盒内，在大气压力的配合下，膜片产生提升动作，带动空气主阀，连同燃气输入阀同步启闭，因此，其混合比在各工况下，近似等值。本实用新型设计申报人，在几种机型上验证过该原理所起到的积极效果，但也发现该原理必然产生的，不容忽视的问题是：一旦还原用汽油工作，都不能保持原标定功率。由于有汽化器的存在，汽油机的充量系数已明显下降，如今再加一空气主阀，致使充量系数再次下降，最大功率降低也就必然产生。

目前新兴的液化气汽车，据中央电视台(98年7月3日)报导，上海等地改装成功并开始投入使用，其最大功率仍下降5-7％，燃料耗量也过高，同样存在混合比不适，混合均匀度不高等问题。

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种油气多种燃料通用最佳混合比发动机，以减少燃耗，保证原机最大功率。各型汽油机和柴油机(包括增压型)，经加装本实用新型各相关组件(保留原机运转结构和参数)，作了改型或改装的发动机，可照常使用原用油料，又能任意选用(强制式点火)，或配合选用(柴油引燃)液化气、天然气、沼气(CH₄60％)，每种燃气能在最佳混合比状态下运行，输出功率等同于或可高于原机指标，燃料耗量减少，排放污染明显降低。

本实用新型的目的通过下述技术方案来实现：

本实用新型包括发动机(柴油机或汽油机)，燃气源及连接构件，其特征在于所说的连接构件由进气口与气源相连、出气口与调控输气量的转筒阀进气口相连的弹簧、膜片、阀芯反装式燃气调压稳压器，及转简阀出气口与流体动力效应燃气输入管进气口相连，其出气口与发动机进气总管相连。

所说的弹簧、膜片、阀芯反装式燃气调压稳压器，其主体与上盖间设有膜片，膜片下的阀芯定位板与设于进气道的反装式阀芯上端通过螺纹连接，定位板下部套有回位弹簧，膜片上面设有弹簧垫板，与其上的调压弹簧相触，调压弹簧上部与连接于上盖上的调节螺丝相触，为使其能通用于增压型柴油机，可在阀体上增设一联通接头，与增压后的进气管道联通后即成为差压式减压稳压器。膜片下腔设有平衡孔与出气道相通。

所说的调控输气量之转筒阀结构，为装于固定套筒内的带切口的转筒，固定套筒的燃气输入口内开有槽口，转筒与转臂固接，转臂与气量控制构件相连。

所说的流体动力效应燃气输入管，由带缺口的输气管与法兰构成，输气管的缺口朝向顺空气的流向。

所说的气量控制构件为汽油机的“油门”操纵传动机构或柴油机调速器的调速传动杆。

在汽源压力较大的情况下，在气源与燃气调压稳压器间增设有减压器，减压器的结构为带进出气口的主体与上固定筒通过螺纹连接，二者间设有的膜片，其四周通过两者相触而紧固于二者间，在膜片上部设有弹簧座与调压弹簧下端相触，弹簧上端与调节丝杆相触，膜片下部与压板相触，压板与上下可活动的推杆相连，推杆以2-3个对称分布为佳，推杆下部与阀门相抵，阀门下设有压簧。在气源压力较大的情况下，一个减压器的减压比过大时，可采用数个相互串联的减压器组来完成，如气源压力达200kgf/cm²或以上时可采用4个或4个以上减压器组，各级减压器可配置与其相适应的不同参数及材质的弹簧和膜片。

为保证用柴油或双燃料运行的前后转换平稳、可靠和实现自身转换，本实用新型还增设了燃料的调节与自动转换装置，其具体结构为设一与油泵齿条相连接的齿条拉杆，拉杆上设有调节螺套，与调速杆相固定的调速传动杆，调速器后盖；后盖上固定有固定座，座内设有弹簧筒，弹簧筒内外分别设有内弹簧和外弹簧，拉杆另一端设有拉杆螺母及调节套和螺盖。

本实用新型主要利用各组件的特殊功能相互配合来实现本实用新型目的，各组件工作原理如下：

本实用新型燃气调压稳压器为弹簧、膜片，阀芯反装式，具有减压、调压、稳压三大功能。气源从阀芯的下部进口进入，经过阀芯与主体间形成的阀面流道，减压后从出口输出(接往燃气调控阀的进口)。出口压力经平衡孔与膜片的下腔相通。作用于阀芯的轴向各力，处于平衡态时，阀芯的开度和出口压力便保持某一稳定值。稳压精度决定于膜片的有效面积和调压弹簧的刚度。当气源压力在使用中发生变化时，作用于反装式阀芯的轴向力也相应变化，此力与膜片和调压弹簧可起到相互配合、相互协调地提高稳压精度。出口压力的调节，靠调节螺丝改变调压弹簧的压缩量实现。

调节燃气输入量的阀，常用的有蝶阀、锥形阀等，本实用新型为转筒式燃气调控阀，转筒可在固定套筒内转动。固定套筒的燃气输入口内开有槽口，转筒的切口与该槽口相重合时，形成通孔。操纵转臂，可改变通孔面积，改变燃气的流量。通孔面积即为燃气过流面积。来自调压稳压器的燃气，经通孔进入，向发动机的燃气输入管输送。

转臂，在汽油机上，与节气门的传动臂，一同受控于“油门”的操纵传动机构，动作同步，即燃气过流面积，随节气门的开度增大而增大，随开度的减小而减小。各工况的最佳燃空比，可通过调程范围内，槽口和切口的几何形状的选取而得到。在柴油机上，转臂由调速器的调速传动杆伺服，调节进入发动机的燃气量。和蝶阀、锥形阀等比较，还具有流量系数稳定，调节扭矩小等优点。

双燃料发动机，以气态燃料为主，少量柴油作为引燃油，共同燃烧作功。双燃料运行中，引燃油量保持定值，调速器转入调节燃气输入量的多少，以维持运转转速及相应的输出功率。若停止燃气的输入，能还原为柴油机，用柴油继续运行。

用柴油或是用双燃料运行的前后转换，在现有技术中，都采用人工辅助动作及其辅助机构完成，平稳性、可靠性常显不足。本实用新型利用调速器的全调速行程(前后调程)，实现两种燃料的分别调节和自动转换。

双燃料发动机燃料的调节与自动转换装置，随着燃气的输入，转速上升的同时，调速传动杆往减少燃料的方向移动，齿条拉杆在内弹簧的作用下，也跟着移动，至靠贴弹簧筒的端面为止，此时的喷油量即为引燃油量。调速传动杆自动脱离调节螺套，继续移动至所能到达的行程为后调速行程。由于其是在游隙范围内的调速动作，引燃油量不发生变化。此时的调速传动杆仅带动与它的另一端相连的燃气调控阀，调节燃气输入量，达到调速的目的。若燃气逐渐匮乏或中断后，转速开始下降的同时，调速传动杆又将超越游隙区域，进入前调速行程，还原为只用柴油工作的柴油机工况。其间的动作是连续的，转换是自动的。

流体动力效应燃气输入管由燃气输入管和与进气总管相连接的法兰组成。输入管的缺口朝向顺空气流向，燃气进入输入管后，从缺口流出。

依圆柱体绕流理论，处于缺口附近的空气流速，约为来流速度的2倍(《机械工程手册》2卷)，由此产生的高负压，促使燃气从缺口流出后，即与来流空气发生强涡旋混合，提高混合均匀度。空气的流速增大，燃气的出口压差增大，燃气流量趋向增大。反之，燃气流量也趋减少，有利于燃空比的合理配比，和最佳混合比的造就。

对于包括增压型在内的多缸双燃料发动机，其最合适的安装位置，是将输入管，单独分别装于各缸的进气歧管内，用一联通管相联结，由燃气调控阀向联通管内输入燃气。运转中，当进气阀迅速关闭，歧管内静压升高的同时，将抑止燃气从输入管的缺口继续流出，直至进气阀再次开启。这种脉动流效应，既有利于提高混合均匀度，又能使进气阀关闭后歧管内的燃空比低于可燃限，从而杜绝常有发生的，因阀门与阀座的密封受损，燃烧气体外泄，引起歧管中的混合气发生爆炸的恶性事件。

当气源压力较大情况下通过减压器进行减压，减压器可以是一个也可以是数个串联为一组，本实用新型的减压器的阀门为正装式(流开式)，作用于阀门与压板之间的轴向力，由上下可活动的推杆传递。推杆的数量一般为2-3，对称布置。对于高压气源，经一次减压不能达到使用要求的，可采用逐级减压的方法达到。如压缩天然气，气瓶最大储气压达200kgf/cm²或以上，采用4个或4个以上，用不同参数的弹簧，或不同材质的膜片，组成不同减压范围的减压器系列，串联组装、使用。

从上述情况可知本实用新型的目的是可以实现的，本发明人经过多次试验试用达到如下效果：

(1)在3KW、5KW汽油发动机组上，用本实用新型的下列组合：(气源)→调压稳压器→转筒式燃气调控阀(与节气门联动、同步)→流体动力效应燃气输入管→发动机进气总管。改装后分别使用汽油、液化气、天然气、沼气四种燃料，其中燃气输入压调定情况为：液化气50～60mmH₂O，天然气100～110mmH₂O，沼气250～280mmH₂O，最大输出功率均达到100％，液化气为105％，燃气热效率高于原机1-2.5个百分点。

(2)分别在2、4、6缸的135系列柴油机上，用本实用新型下列组合：(气源)→调压稳压器→转筒式燃气调控阀+燃气的调节与自动转换装置→流体动力效应燃气输入管→空气进气总管(发动机)。分别用天然气(输入压100mmH₂O)和沼气(输入压250mmH₂O)作燃料。双燃料工作的最大输出功率均达到110％(许可使用值)，热效率高达38％，瞬时调速率6％，用柴油工作的性能不变。

(3)在增压型PZ8V190(300KW)柴油发动机组上，用本实用新型下列组合：(高压管道天然气)→减压器→调压稳压器(先导式接头联接增压后的进气管)→转筒式燃气调控阀→燃料的调节与自动转换装置→流体动力效应燃气输入管(分别装于进气歧管上)→(发动机)。燃气与增压后的进气压差ΔP＝0.1kgf/cm²，瞬时调速率小于6％，最高热效率高达40％。

经本实用新型改装、改型的油气多种燃料通用最佳混合比发动机，所达到的性能已表明：受现有同类技术影响的下述观点：“用燃气代替汽油，功率必然下降，国内外都如此”实属偏见。对扩宽能源，节约能源，降低排放污染，提高发动机性能，提高经济、社会效益，都将起到积极效果。

图1为本实用新型基本组件配置图；

图2为本实用新型燃气调压稳压器剖视图；

图3为本实用新型燃气输入量调控转筒阀结构示图；

图4为本实用新型流体动力效应燃气输入管；

图5为本实用新型减压器结构剖视图；

图6为本实用新型燃料调节与自动转换装置结构示图。

下面根据附图结合实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例1：本实用新型包括发动机(柴油机或汽油机)，燃气源及连接构件。本实施例选用5KW汽油发动机，气源压力为3kgf/cm²，如图1所示，所说的连接构件由进口与气源相连、出口与调控输气量的转筒阀2进口相连的弹簧、膜片、阀芯反装式燃气调压稳压器1，转筒阀2的出气口与流体动力效应燃气输入管3的进气口相连，管3的出气口与发动机进气总管相连。如图2所示，所说的弹簧、膜片、阀芯反装式燃气调压稳压器，其主体4与上盖12间设有膜片8，膜片下的阀芯定位板7与设于进气道的反装式阀芯5上端通过螺纹连接，定位板下部套有回位弹簧6，膜片上面设有弹簧垫板9，与其上的调压弹簧10相触，调压弹簧上部与连接于上盖上的调节螺丝11相触，为使其能通用于增压型柴油机，本实施例在上盖上增设一联通接头13，其与增压后的进气管道联通后即成为差压式减压稳压器。膜片下腔设有平衡孔15与出气道14相通。如图3所示，所说的调控输气量的转筒阀结构，为带切口的转筒16，装于固定套筒18内，固定套筒的燃气输入口内开有槽口。转筒与转臂17固定，转臂与气量控制构件相连。如图4所示，所说的流体动力效应燃气输入管即由带缺口的输气管20与法兰21相互构成，输气管的缺口朝向顺空气的流向。所说的气量控制构件，即为汽油机的“油门”操纵传动机构，或柴油机调速器的调速杆。

实施例2：如图5所示，在汽源压力较大的情况下，在气源与燃气调压稳压器间增设有减压器，其结构为带进出气口的主体28与上固定筒30通过螺纹连接，二者间设有的膜片23，其四周通过两者相触而紧固于二者间，在膜片上部设有弹簧座29，与调压弹簧22下端相触，弹簧上端与调节丝杆相触，膜片下部与压板24相触，压板与上下活动的推杆27相连，推杆以2-3个对称分布为佳，本实施例选用2个，推杆下部与阀门26相抵，阀门下设有压簧25。在气源压力较大的情况下，可采用数个相互串联的减压器组，逐级减压，如气源压力达200kgf/cm²或以上时可采用4个或4个以上减压器组来完成，各减压器采用与其减压范围相适应的，不同参数的弹簧，或不同材质的膜片组成的系列减压器。其它结构同实施例1。

实施例3：为保证用柴油或双燃料运行的前后转换达到平稳、可靠和实现自动化，本实施例选用135系列柴油机，并在流体动力效应燃气输入管与转筒阀间增设一燃气调节与自动转换装置，其进气口与转筒阀相连，其出口与流体动力效应燃气输入管进气口相连，其具体结构如图6所示，设计一与油泵齿条相连接的齿条拉杆31，拉杆上设有调节螺套32，与调速杆相固定的调速传动杆33，调速器后盖34；后盖上固定有固定座35，座内设有弹簧筒36，弹簧筒内外分别设有内弹簧37和外弹簧38，拉杆另一端设有拉杆螺母39及调节套40和螺盖41，调速传动杆33在游隙S内动作时，在它的另一端则与转动阀的转动臂17相连，以调控燃气向发动机输入量，以调节发动机的转速和相应的输出功率，其余结构同实施例2。

Claims (7)

1、一种油气多种燃料通用最佳混合比发动机，包括发动机，燃气源及连接构件，其特征在于：所说的连接构件由进气口与气源相连、出气口与调控输气量的转筒阀(2)进气口相连的弹簧、膜片、阀芯反装式燃气调压稳压器(1)，及转筒阀出气口与流体动力效应燃气输入管(3)进气口相连，(3)的出气口与发动机进气总管相通。

2、根据权利要求1所述的油气多种燃料通用最佳混合比发动机，其特征在于：所说的弹簧、膜片、阀芯反装式燃气调压稳压器的主体(4)与上盖(12)间设有膜片(8)，膜片下的阀芯定位板(7)与设于进气道的反装式阀芯(5)上端通过螺纹连接，阀芯上部套有回位弹簧(6)，膜片上面设有弹簧垫板(9)，与其上的调压弹簧(10)相触，调压弹簧上部与连接于上盖上的调节螺丝(11)相触，膜片与上盖间的腔体上设有联通接头(13)，膜片下腔设有平衡孔(15)与出气道(14)相通。

3、根据权利要求1所述的油气多种燃料通用最佳混合比发动机，其特征在于：所说的调控输气量之转筒阀结构为带切口的转筒(16)装于固定套筒(18)内，固定套筒的燃气输入口内开有槽口，转筒与转臂(17)固接，转臂与气量控制构件相连。

4、根据权利要求1所述的油气多种燃料通用最佳混合比发动机，其特征在于：所说的流体动力效应燃气输入管即由带缺口的输气管(20)与法兰(21)构成，输气管的缺口朝向顺空气的流向。

5、根据权利要求1所述的油气多种燃料通用最佳混合比发动机，其特征在于：所说的气量控制构件为汽油机的“油门”操纵传动机构或柴油机调速器的调速杆。

6、根据权利要求1所述的油气多种燃料通用最佳混合比发动机，其特征在于：在气源与燃气调压稳压器间增设有减压器，减压器的结构为带进出气口的主体(28)与上固定筒(30)通过螺纹连接，二者间设有的膜片(23)，四周通过两者相触而紧固于二者间，在膜片上部设有弹簧座(29)与调压弹簧(22)下端相触，弹簧上端与调节丝杆相触，膜片下部与压板(24)相触，压板与可上下活动的推杆(27)相连，推杆以2-3个对称分布为佳，本实施例选用2个，推杆下部与阀门(26)相抵，阀门下设有压簧(25)。

7、根据权利要求1所述的油气多种燃料通用最佳混合比发动机，柴油机改型双燃料发动机，其特征在于：增设一燃料的调节与自动转换装置，其具体结构为设一与油泵齿条相连接的齿条拉杆(31)，拉杆上设有调节螺套(32)，与调速杆相固定的调速传动杆(33)，调速器后盖(34)；后盖上固定有固定座(35)，座内设有弹簧筒(36)，弹簧筒内外分别设有内弹簧(37)和外弹簧(38)，拉杆另一端设有拉杆螺母(39)及调节套(40)和螺盖(41)。

Images