專利名稱：天然氣單燃料發(fā)動機的供氣系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種內(nèi)燃發(fā)動機，特別是一種使用天然氣作 燃料的發(fā)動機。
背景技術(shù)：
由于內(nèi)燃發(fā)動機使用的燃油如汽油、柴油等價格不斷上漲， 人們轉(zhuǎn)而研究天然氣發(fā)動機，以便更好地利用我國的天然氣資 源，如本公司曾申請過一件中國發(fā)明專利，名稱為"天然氣單燃
料增壓發(fā)動機"，專利申請?zhí)枮?005100223208，公開了 一個氣體 混合裝置，利用混合裝置為發(fā)動機供氣，以取代傳統(tǒng)的電噴式供 氣方式，有混合器裝置的不僅本公司申請的專利，如中國發(fā)明專 利，名稱為"發(fā)動機天然氣混合器"，申請?zhí)?00510018722.0, 申請人:為東風(fēng)汽車有限公司；中國實用新型專利申請，名稱為"天 然氣汽車發(fā)動機燃氣混合器"，申請人為四川石油管理局南充機 械廠。上述專利提供了各式各樣的氣體混合器，總的趨勢是，所 有利用天然氣作燃料的內(nèi)燃發(fā)動機，有一個供氣系統(tǒng)，所述供氣 系統(tǒng)供給發(fā)動機空氣和燃氣，空氣通過空氣過濾器，進入廢氣渦 輪增壓器，增壓后從出氣口進入中冷器，中冷后的空氣進入混合 器，所述燃氣為壓縮天然氣，鋼瓶儲存的高壓天然氣經(jīng)一級減壓 器減壓，經(jīng)管路連接到截止^1,到二級減壓器、到三級減壓 器......，最后一級形成末級減壓器，末級減壓器的氣體出端與所
述的氣體混合器的一個進氣端相通，兩種氣體在混合器內(nèi)充分混
4合后供給發(fā)動機氣缸的燃燒室，但這樣的系統(tǒng)無法根據(jù)發(fā)動機工 況的需要自動調(diào)節(jié)所需的混合氣，為解決這個問題，人們設(shè)計了
Ecu系統(tǒng)來自動調(diào)節(jié)進入氣缸的燃氣，但這樣的系統(tǒng)也無法保證 混合氣得到最佳比例的混合，發(fā)動機不能每時每刻都獲得最佳的 燃氣和空氣的混合比，從而得到最大的出力，所有公知的混合器 結(jié)構(gòu)都要解決的是兩種氣體混合如何均勻，但并不注意參與混合 的燃氣和空氣的壓力變化情況，壓力與流量有關(guān)，特別是兩種氣 體存在的壓力差別，因此，現(xiàn)在的系統(tǒng)是有缺陷的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一個發(fā)動機供氣系統(tǒng)，所述系統(tǒng)能克服 已有技術(shù)的缺點，自動地調(diào)節(jié)參與混合的燃氣和空氣的壓差，保 證壓差在 一個恒定值范圍內(nèi)，從而使燃氣和空氣以最佳比例混 合，保證發(fā)動機得到最佳工況。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案為經(jīng)渦輪增壓及中冷后的 空氣主要進入混合器，還通過一平衡管與燃氣的末級減壓器相 通。
進一步的方案包括將平衡管與氣體混合器的空氣進氣端相 接，所述管的另一端與末級減壓器相通。'
釆用上述方案，將公知技術(shù)的供氣系統(tǒng)變?yōu)橐粋€有反饋量自 動調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能根據(jù)發(fā)動機的工況需要提供最佳的 燃氣和空氣的混合氣，從而實現(xiàn)了本發(fā)明的目的。.
下面結(jié)合圖示及實施例對本發(fā)明的方案作更詳細的說明。


圖1為天然氣單燃料發(fā)動機的供氣系統(tǒng)的流程圖； 圖2為天然氣單燃料發(fā)動機的供氣系統(tǒng)的部件連接圖； 圖3為圖2中反饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
如圖l所示的系統(tǒng)框圖中，鋼瓶高壓天然氣經(jīng)管路進入高壓 減壓器1 —二級減壓器2 —三級減壓器3......末級減壓器4，末級
減壓器4進入混合器5的之間接有一個供氣閥13，另 一條支路由 空氣進入廢氣增壓渦輪6 —經(jīng)中冷器7冷卻—進入混合器5,混 合器5的出氣端進入發(fā)動機氣缸8,該系統(tǒng)接有兩條支路， 一條 屬于公知技術(shù)的ECu控制系統(tǒng)，ECu用腳標(biāo)9指示，另一條支 路即為本發(fā)明的方案所設(shè)計，可以直接從中冷器經(jīng)支路10連到 末級減壓器4,用虛線表示出這是一條可以設(shè)想的連接，具體的 連接是從混合器空氣進氣端經(jīng)支路11連接到末級減壓器4，這也 是本方案的具體連接方式。
如圖2的裝配圖中，用管路連接各個部件構(gòu)成一個完整的發(fā) 動機供氣系統(tǒng)，形象地說明框圖。供氣系統(tǒng)包括空氣和燃氣，空 氣經(jīng)過濾器，廢氣增壓渦輪，經(jīng)中冷器冷卻后進入混合器5,燃 氣供給系統(tǒng)包括從鋼瓶高壓天然氣到高壓減壓器1,本實施例的 二級減壓器和三級減壓器在一個組合減壓器12內(nèi)，沒有設(shè)置三 級以上的減壓器，從組合減壓器12出來的燃氣到混合器5之間 的管路上串接有一個由Ecu系統(tǒng)控制的供氣閥13,閥13的出氣 端連到混合器5，混合器5與發(fā)動機的氣缸相連，供給按比例混 合好的混合氣，這是發(fā)動機供氣系統(tǒng)的主通路，有一條按方案設(shè)計的反饋支路，理論上這條反饋支路只要是從中冷器出來的空氣
都可以分一小部分直接接到末級減壓器上，如框圖中的支路10,
但從結(jié)構(gòu)考慮，本方案的設(shè)計是從混合器的出氣端連接一根反饋
管14到組合減壓器12的末級減壓器上。所述的反饋管也叫平衡 管。
圖3的系統(tǒng)圖中包括了組合減壓器12和混合器5的結(jié)構(gòu)。組 合減壓器12包括在一個扁平的盒子內(nèi)腔隔成兩個腔室，形成二 級腔15和三級腔16,兩個腔室之間有通道17互通，其通道有一 三級腔閥門18控制其開啟，二級腔有進氣口 19,三級腔有出氣 口20,進氣口 19有一道二級閥門21控制其開啟，三級腔的上部 有一輔助腔22，輔助腔22與三級腔16之間有孔，孔上覆蓋有一 層三級膜片23,膜片23上固定有一三級壓縮彈簧24,輔助腔22 有口25外接平衡管14,即流程圖中的反饋管。
二級腔進口 19的閥門的開閉由 一個杠桿裝置控制，所述杠桿 裝置有一二級膜片26,膜片上面用彈簧27壓住膜片，膜片另一 端設(shè)有支點28,膜片裝置形成的杠桿端部29活動鉸接一個二級 閥門21。
所述的二級腔15和三級腔16之間的活動門結(jié)構(gòu)也是一個杠 桿30帶動一個閥門18,有杠桿支點31,杠桿后端與三級腔膜片 23相連，在二級腔的隔板上開有孔32,以便二級腔的壓力氣體 能作用于膜片26上。
在混合器的結(jié)構(gòu)圖中，包括混合氣出口 33,燃氣進口 34,腔 內(nèi)有一組對稱的膜片35，膜片35的上面中部與一壓縮彈簧36相接，膜片的下面中間部位固定一錐體37，錐體37的錐體部分與 一根管38的管口配合，管38與燃氣進口 34相通，該結(jié)構(gòu)為對 稱，在混合器的另一端為混合器進氣口 39,在管壁上設(shè)有一接口 40,連接平衡管14。
為進一步說明本方案的工作原理，將上述圖中的減壓器和混 合器用平衡管14連接起來，如圖3所示，圖示中的組合減壓器 是二級減壓器和三級減壓器組合在一起，三級減壓器也是末級減 壓器，當(dāng)從高壓減壓器l出來的壓力天然氣從二級減壓器入口 19 進入時，壓力已減到1Mpa左右，當(dāng)二級腔15內(nèi)的氣體壓力小于 27Kpa時，氣體從孔32引進作用于二級膜片，二級膜片26下方 氣體壓力不能克服二級彈簧27作用，使二級閥門21不能下移封 住氣體入口 19,于是1Mpa的壓力天然氣進入二級腔15內(nèi)，當(dāng) 二級腔15內(nèi)的壓力大于27Kpa時，二級膜片26下方氣體大于上 方壓力可克服二級彈簧27作用，使二級閥門21下移封住入口 19, 關(guān)閉閥門，使氣體不能進入二級腔15,已進入的壓力為lMpa的 燃氣在二級腔室內(nèi)稀釋壓力， 一直到27Kpa左右，所以二級腔15 的氣體壓力始終維持在27Kpa左右，天然氣再經(jīng)過二級出口 17 進入三級腔16，三級膜片23上方受三級壓縮彈簧24的彈簧力作 用和通過連接混合氣進氣口的平衡管14從進口 25輸送來的空氣 壓力的作用，當(dāng)三級腔內(nèi)的天然氣壓力比三級膜片23上方壓力 大于4-5英尺水柱時，就能克服三級彈簧24的彈簧力，讓三級 膜片23向上作用，在杠桿30作用下，關(guān)閉三級進氣通道17,從 而使三級腔16內(nèi)的天然氣氣體壓力與混合器進的增壓中冷后的空氣壓差保持4一5英尺水柱，需要說明的是，三級腔16實際上 還包括一段供氣閥13通過管道與混合減壓器12相連的一段空 腔，所以三級腔16的壓力與供氣閥13的調(diào)整也有關(guān)系，所述的 供氣閥13由Ecu控制，供氣閥13的出氣端與混合器5的進氣端 34相連，經(jīng)混合器5按比例混合的空氣和燃氣經(jīng)混合器出氣口 33送入氣缸燃燒，氣體燃燒后氣缸內(nèi)形成負壓，使膜片35上方 受到向下的作用力，當(dāng)膜片35上方的壓力與下方的混合器進氣 腔34的壓力差能克服混合器彈簧36作用，向上壓縮彈簧，使錐 體37向上移，使管38的管口開啟，燃氣從進口34流出進入混 合器腔內(nèi)與空氣混合，由于混合減壓器的三級腔天然氣氣體與混 合器進的增壓中冷后的空氣壓差不變，本實施例經(jīng)過測試，最佳 的壓差為4-5英尺水柱，燃氣壓力高于空氣壓力，所以混合器 中空氣量和天然氣量比與混合過程中通過的橫截面積等比例，從 而使空氣量和天然氣量以理想比例混合進入汽缸，點燃做功燃燒 后，通過排氣管，進入增壓器推動渦輪，從排氣彎管排出。
本技術(shù)方案的貢獻在于將一個公知供氣系統(tǒng)上增加了 一個反 饋支路，即平衡管14形成的支路，這樣的目的是給發(fā)動機提供 一個根據(jù)工況得到最佳天然氣和空氣混合氣，發(fā)動機產(chǎn)生的功率 與所進的天然氣和空氣流量有關(guān)，壓力是為了保證流量，從圖1 的系統(tǒng)圖可知，其實存在兩個反饋支路， 一條是公知技術(shù)的Ecu 系統(tǒng)， 一條是本技術(shù)方案所設(shè)的平衡管14所形成的反饋支路， Ecu系統(tǒng)控制天然氣控制閥13, Ecu系統(tǒng)釆集發(fā)動機的各工況最 佳狀態(tài)時，進氣歧管絕對壓力傳感器、進氣溫度傳感器、發(fā)動機水溫傳感器等各參數(shù)建立數(shù)據(jù)庫，發(fā)動機工作時，再根據(jù)進氣歧 管絕對壓力傳感器、進氣溫度傳感器、發(fā)動機水溫傳感器的數(shù)據(jù)， 查找該工況下的最合適的控制閥參數(shù)，再通過氧傳感器對該天然 氣控制閥參數(shù)修正，最后天然氣控制閩改變供氣橫截面積，以改 變到混合器中燃氣的流量，但氧傳感器設(shè)置在發(fā)動機排氣管上， 通過檢測尾氣的含量作為參數(shù)修正，這已是一種事后的檢測，有
一種滯后量，通常把Ecu系統(tǒng)作為供氣系統(tǒng)的精密調(diào)節(jié)，本方案 所形成的反饋支路的調(diào)整作為初調(diào)，對Ecu系統(tǒng)的功能作補充和 提高，進一步完善天然氣單燃料發(fā)動機的供氣系統(tǒng)。
本方案平衡管14所形成的反饋支路作用作如下分析，由圖3 中可知，平衡管14接入組合減壓器12中的輔助腔22,三級膜片 23的上方共受到兩種力的作用， 一是從平衡管14進入的加壓后 的空氣，設(shè)其壓力為Pg氣，二是壓縮彈簧24給予三級膜片23的 彈簧力，用P彈簧表示，P,=入S,其中入為彈性系數(shù)，S為行程， 三級膜片23的下方受到燃氣壓力的作用，設(shè)其作用于膜片的力 為P燃氣，只有當(dāng)P燃氣〉P彈簧+ P空氣，三級閥門18即關(guān)閉，即P燃氣 -Ps氣〉P彈黃，即只要燃氣與空氣間的壓差大于彈簧作用力時，三 級閥門18即關(guān)閉，而彈簧壓力P彈黃是一個預(yù)先設(shè)計好的力，本 方案設(shè)計的彈簧力為三級膜片23受到上下兩面的壓差為4-5英 尺水柱時就能壓縮彈簧24使其上移，從而關(guān)閉三級閩門18,所 以根據(jù)上述參數(shù)設(shè)計的彈簧能保證天然氣和空氣間的壓差為4-5英尺水柱，本方案一直強調(diào)的是，經(jīng)過試驗，這種壓差值是形 成混合氣的最佳比例，最符合發(fā)動機氣缸的燃燒工況。本系統(tǒng)從平衡管14反饋送來的空氣壓力相當(dāng)于設(shè)立了一個與天然氣比較 的標(biāo)準，這種技術(shù)方案與Ecu比較，不是事后調(diào)整，而是對發(fā)動 機工況進行即時調(diào)整，而且這種混合方式提高了可靠性，混合更 充分，因此其效果更顯著，據(jù)測算，本裝置與同類機型，如僅使 用Ecu作為系統(tǒng)調(diào)整的裝置比，功率提高，成本降低，是一種成 功的設(shè)計方案。
權(quán)利要求
1、一種天然氣單燃料發(fā)動機的供氣系統(tǒng)，所述供氣系統(tǒng)供給發(fā)動機空氣和燃氣，空氣通過空氣過濾器，進入廢氣渦輪增壓器，增壓后從出氣口進入中冷器，中冷后的空氣進入混合器，所述燃氣為壓縮天然氣，鋼瓶儲存的高壓天然氣經(jīng)一級減壓器減壓，經(jīng)管路連接到截止閥，到二級減壓器、到三級減壓器......，最后一級形成末級減壓器，末級減壓器的氣體出端與所述的氣體混合器的一個進氣端相通，兩種氣體在混合器內(nèi)充分混合后供給發(fā)動機氣缸的燃燒室，其特征在于經(jīng)渦輪增壓及中冷后的空氣主要進入混合器(5)，還通過一平衡管(14)與燃氣的末級減壓器相通。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣單燃料發(fā)動機的供氣系統(tǒng)， 其特征在于將平衡管(14)與氣體混合器(5)的空氣進氣端 相接，所述管的另一端與末級減壓器相通。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的天然氣單燃料發(fā)動機的供氣系統(tǒng)， 其特征在于平衡管(14)的另一端與末級減壓器的輔助腔相連。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣單燃料發(fā)動機的供氣系統(tǒng)， 其特征在于組合減壓器(12)包括在一個扁平的盒子內(nèi)腔隔成 兩個腔室，形成二級腔(15)和三級腔(16)，兩個腔室之間有 通道(17)互通，其通道有一三級腔閥門(18)控制其開啟，二 級腔有進氣口 (19),三級腔有出氣口 (20)，進氣口 (19)有一 道二級閥門(21)控制其開啟，三級腔的上部有一輔助腔(22), 輔助腔與三級腔(16 )之間有孔，孔上覆蓋有一層三級膜片(23 ), 膜片(23)上固定有一三級壓縮彈簧(24)，輔助腔(22)有口(25)外接平衡管(14)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的天然氣單燃料發(fā)動機的供氣系統(tǒng)， 其特征在于二級腔進口 (19)的閥門的開閉由一個杠桿裝置控 制，所述杠桿裝置有一二級膜片(26),膜片上面用彈簧(27) 壓住膜片，膜片另一端設(shè)有支點(28),膜片裝置形成的杠桿端 部(29)活動鉸接一個二級閥門(21)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的天然氣單燃料發(fā)動機的供氣系 統(tǒng)，其特征在于所述的二級腔(15)和三級腔(16)之間的活 動門結(jié)構(gòu)也是一個杠桿(30)帶動一個閥門(18)，有杠桿支點(31),杠桿后端與三級腔膜片(23)相連，在二級腔的隔板上 開有孔(32)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣單燃料發(fā)動機的供氣系統(tǒng)， 其特征在于所述的混合器包括混合氣出口 ( 33 ),燃氣進口 ( 34 ), 腔內(nèi)有一組對稱的膜片(35 ),膜片的上面中部與 一壓縮彈簧(36 ) 相接，膜片的下面中間部位固定一錐體(37),錐體的錐體部分 與一根管(38)的管口配合，管與燃氣進口相通，該結(jié)構(gòu)為對稱， 在混合器的另一端為混合器進氣口 (39)，在管壁上設(shè)有一接口(40),連接平衡管(14)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種天然氣單燃料發(fā)動機的供氣系統(tǒng)，所述供氣系統(tǒng)供給發(fā)動機空氣和燃氣，空氣通過空氣過濾器，進入廢氣渦輪增壓器，增壓后從出氣口進入中冷器，中冷后的空氣進入混合器，所述燃氣為壓縮天然氣，鋼瓶儲存的高壓天然氣經(jīng)一級減壓器減壓，經(jīng)管路連接到截止閥，到二級減壓器、到三級減壓器……，最后一級形成末級減壓器，末級減壓器的氣體出端與所述的氣體混合器的一個進氣端相通，兩種氣體在混合器內(nèi)充分混合后供給發(fā)動機氣缸的燃燒室，經(jīng)渦輪增壓及中冷后的空氣主要進入混合器(5)，還通過一平衡管(14)與燃氣的末級減壓器相通，該系統(tǒng)能自動地調(diào)節(jié)參與混合的燃氣和空氣的壓差，保證壓差在一個恒定值范圍內(nèi)，從而使燃氣和空氣以最佳比例混合。
文檔編號F02M21/04GK101603476SQ200810044710
公開日2009年12月16日 申請日期2008年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月12日
發(fā)明者萬義軍, 劉延偉, 張自力, 楊志勇, 輝 程, 陳孟強 申請人:東風(fēng)南充汽車有限公司