專利名稱：用于農(nóng)用車輛的甲烷動力發(fā)動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及農(nóng)用車輛、農(nóng)用機具的動力系統(tǒng)技術，通過改善發(fā)動機的燃料供給系統(tǒng)，使農(nóng)用車輛、農(nóng)用機具實現(xiàn)可適用以甲烷動力作為燃料。
背景技術：
現(xiàn)有的農(nóng)用車輛、農(nóng)用機具大多使用柴油發(fā)動機作為動力源，柴油的熱值雖然很 高，輸出動力大，但是尾氣污染嚴重，柴油價格也很高，而且柴油來自于石油，是不可再生的 一次能源，面臨日益枯竭的問題。因此急需研發(fā)一種新的以可再生能源為燃料的發(fā)動機。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種用于農(nóng)用車輛的甲烷動力發(fā)動機，通 過改善發(fā)動機的燃料供給系統(tǒng)，使農(nóng)用車輛、農(nóng)用機具實現(xiàn)以沼氣凈化后得到的甲烷作為 動力燃料的目的。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案一種用于農(nóng)用車輛的甲烷動力發(fā)動機，包括氣缸、活塞、連桿、曲軸、燃料供給系 統(tǒng)，氣缸上安裝有進氣活門、排氣活門、火花塞，活塞安裝在氣缸的缸體內(nèi)，連桿的一端與活 塞連接，連桿的另一端與曲軸連接，其特征是所述燃料供給系統(tǒng)由燃氣儲氣罐組、燃氣過 濾器、燃氣調(diào)壓器、燃氣控制電磁閥、燃氣混合器、空氣過濾器、空氣控制電磁閥、節(jié)氣閥、電 控單元、渦輪增壓器組成，燃氣儲氣罐組中的各燃氣儲氣罐分別經(jīng)過分支管道與一號主管 道連接，一號主管道與燃氣過濾器的氣體入口連接，燃氣過濾器的氣體出口經(jīng)過二號主管 道與燃氣調(diào)壓器的氣體出口連接，燃氣調(diào)壓器的氣體出口經(jīng)過三號主管道與燃氣混合器的 燃氣進口連接，在三號主管道上設置有燃氣控制電磁閥，空氣過濾器的氣體出口經(jīng)過四號 主管道與渦輪增壓器的空氣進口連接，渦輪增壓器的空氣出口經(jīng)過五號主管道與燃氣混合 器的空氣進口連接，五號主管道上安裝有空氣控制電磁閥，燃氣混合器的混合氣出口經(jīng)過 六號主管道與進氣活門連接，六號主管道上安裝有節(jié)氣閥，所述燃氣調(diào)壓器、燃氣控制電磁 閥、空氣控制電磁閥都與電控單元連接。所述燃氣儲氣罐組由4-8只燃氣儲氣罐構成，每只燃氣儲氣罐的容積是60-120L， 沼氣壓力是20MPa。所述燃氣調(diào)壓系統(tǒng)的壓力輸出范圍是0. 1 0. 4MPa。所述燃氣混合器控制燃氣與空氣比例為1 9-12.5。所述氣缸的總容積與燃燒室容積之比為8-13。所述火花塞的點火提前角為23-36°。本發(fā)明有以下積極有益效果本發(fā)明所用的動力燃料為沼氣凈化后得到的甲烷，沼氣是可再生能源，來源廣泛， 農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品、植物秸稈、有機質(zhì)廢料等生物質(zhì)原料都可以生產(chǎn)出沼氣，沼氣經(jīng)過凈化而制得 的甲烷燃料，屬清潔能源、可再生能源，從而為農(nóng)用車輛、農(nóng)用機具開辟了新的動力燃料來源，解決了柴油燃料污染嚴重、價格昂貴、依賴石油蘊藏量面臨日益枯竭的問題。同時，還達到了降低農(nóng)用車輛、農(nóng)用機具的燃料消耗成本，實現(xiàn)沼氣甲烷資源多方面利用、產(chǎn)業(yè)化、集 約化發(fā)展的效果。本發(fā)明還具有如下的優(yōu)點實現(xiàn)了沼氣綜合利用，沼氣取之于農(nóng)、用之于農(nóng)，形成良性循環(huán)；沼氣甲烷成本低 廉且易制取，從而大大降低農(nóng)機的作業(yè)成本；沼氣甲烷就地取材，就地使用，減少了燃料運 輸環(huán)節(jié)，降低了燃料運輸費用；值得一提的是沼氣經(jīng)過凈化后，得到的甲烷燃氣仍含有部分二氧化碳等不可燃 物質(zhì)，燃燒性質(zhì)、發(fā)熱值等與現(xiàn)有天然氣仍有所不同。沼氣中甲烷的含量為50-70%，二氧化碳的含量為30-40% ；凈化后甲烷含量可達 90-98%，但仍含有3-10 %的二氧化碳等組分，考慮到凈化成本，二氧化碳含量會接近于上 限，即10%左右。天然氣中甲烷的含量一般會高于80%，此外還含有其它低碳烴類成分，如乙烷、丙 烷、丙烯等，因產(chǎn)地不同，含量差異很大(一般含量約在10%左右，但有些油田伴生氣中甚 至可能超過20% )。這些成分雖然有很高的熱能，但是燃燒后會產(chǎn)生積炭，因此沼氣甲烷更 加潔凈，可以解決發(fā)動機內(nèi)殘留積炭問題，易于維護保養(yǎng)，延長發(fā)動機的使用壽命。因此，本 發(fā)動機比現(xiàn)有天然氣發(fā)動機結構更簡單，工作性能更加可靠。


圖1是本發(fā)明的結構示意圖。圖2是燃氣混合器的結構示意圖。圖3是節(jié)氣閥的結構示意圖。圖4是發(fā)動機氣缸的結構示意圖，示意活塞處于上止點位置。圖5是發(fā)動機氣缸的結構示意圖，示意活塞處于下止點位置。圖6是發(fā)動機活塞的結構示意圖。圖7是渦輪增壓器的結構示意圖。
具體實施例方式圖中標號1燃氣儲氣罐2氣罐控制閥3氣體總閥4燃氣過濾器5燃氣調(diào)壓器6燃氣控制電磁閥7燃氣混合器8空氣過濾器9空氣控制電磁閥10節(jié)氣閥11進氣活門12氣缸13火花塞14排氣活門15電控單元16導線17渦輪增壓器701燃氣進口702空氣進口703混合氣出口704主體705內(nèi)套706燃氣噴孔101混合氣進口102混合氣出口103節(jié)氣閥主體104閥芯105節(jié)氣閥桿
106壓緊鎖母 107密封填料121缸體122活塞123活塞環(huán)124連桿125曲軸126燃燒室容積 127氣缸總容積171空氣進口 172空氣出口 173廢氣進口174廢氣出口 175鎖母176壓氣葉輪177渦輪178渦輪軸179鎖母20分支管道21—號主管道 22 二號主管道 23三號主管道24四號主管道 25五號主管道 26六號主管道請參照圖1、圖2、圖3、圖4，本發(fā)明是一種用于農(nóng)用車輛的甲烷動力發(fā)動機，包括氣缸12、活塞122、連桿124、曲軸125、燃料供給系統(tǒng)，氣缸12上安裝有進氣活門11、排氣 活門14、火花塞13，活塞122安裝在氣缸12的缸體121內(nèi)，連桿124的一端與活塞122連 接，連桿124的另一端與曲軸125連接，燃料供給系統(tǒng)由燃氣儲氣罐組、燃氣過濾器4、燃氣 調(diào)壓器5、燃氣控制電磁閥6、燃氣混合器7、空氣過濾器8、空氣控制電磁閥9、節(jié)氣閥10、電 控單元15、渦輪增壓器17組成。燃氣儲氣罐組中的各燃氣儲氣罐1分別經(jīng)過分支管道20與一號主管道21連接， 一號主管道21與燃氣過濾器4的氣體入口連接，燃氣過濾器4的氣體出口經(jīng)過二號主管道 22與燃氣調(diào)壓器5的氣體入口連接，燃氣調(diào)壓器5的氣體出口經(jīng)過三號主管道23與燃氣 混合器7的燃氣進口 701連接，在三號主管道23上設置有燃氣控制電磁閥6，空氣過濾器8 的氣體出口經(jīng)過四號主管道24與渦輪增壓器17的空氣進口 171連接，渦輪增壓器17的空 氣出口 172經(jīng)過五號主管道25與燃氣混合器7的空氣進口 702連接，五號主管道25上安 裝有空氣控制電磁閥9，燃氣混合器7的混合氣出口 703經(jīng)過六號主管道26與進氣活門11 連接，六號主管道26上安裝有節(jié)氣閥10，燃氣控制電磁閥6、空氣控制電磁閥9都通過導線 16與電控單元15連接。一號主管道21上設置有氣體總閥3，各個分支管道上裝有氣罐控制閥2，燃氣儲氣 罐組由4-8只燃氣儲氣罐1構成，每只燃氣儲氣罐1的容積是60-120L，燃氣壓力是20MPa。燃氣調(diào)壓器5采用現(xiàn)有技術，其壓力輸出范圍是0. 1 0. 4MPa?，F(xiàn)有的采用稀薄燃燒方式的天然氣發(fā)動機的燃空比為1 13-18，由于沼氣凈化 后，約含有10 %的二氧化碳，甲烷只占90 %，因此，沼氣甲烷的熱值低于天然氣，本發(fā)明的 發(fā)動機，為使燃氣與空氣混合均勻，燃燒平穩(wěn)；將燃氣與空氣比例設定為1 9-12. 5，燃氣 與空氣比例由燃氣混合器7控制。發(fā)動機的壓縮比為氣缸總容積與燃燒室容積之比。一般來說，壓縮比越大，發(fā)動機 的輸出功率越大，經(jīng)濟性能越好。但是壓縮比過大時會產(chǎn)生爆燃、表面點火等不正常燃燒現(xiàn) 象，不僅會降低發(fā)動機功率，甚至會損壞發(fā)動機零部件、降低發(fā)動機壽命。本發(fā)明的發(fā)動機的壓縮比為8-13，高于天然氣發(fā)動機的壓縮比6-10，低于柴油發(fā) 動機的壓縮比14-22。請參照圖4、圖5，發(fā)動機的壓縮比是活塞從下止點到上止點的容積變化比例，也 就是氣缸總容積127與燃燒室容積126之比。
點火提前角對發(fā)動機的性能產(chǎn)生重要的影響。為在經(jīng)濟條件下使發(fā)動機獲得更好的動力及環(huán)保性能，火花塞13的點火提前角為23-36°，采用直接點燃式的點火方式，使啟 動方式更加安全可靠；本發(fā)明的工作原理如下儲存在燃氣儲氣罐1中的高壓燃氣經(jīng)氣罐控制閥2、氣體總閥3控制后，進入燃氣 過濾器4過濾，經(jīng)燃氣調(diào)壓器5減壓到使用壓力0. 1 0. 4MPa后，通過燃氣控制電磁閥6進 行流量控制，使適量的燃氣進入燃氣混合器7 ；同時空氣經(jīng)過空氣過濾器8、渦輪增壓器17、 空氣控制電磁閥9，按比例進入燃氣混合器7，與燃氣均勻混合，通過節(jié)氣閥10、進氣活門11 進入發(fā)動機的氣缸12中，經(jīng)火花塞13點火后，燃燒做功產(chǎn)生動力，廢氣經(jīng)排氣活門14排 出，進入渦輪增壓器17為助燃空氣進行增壓或排放。發(fā)動機及各部位數(shù)據(jù)測量及系統(tǒng)控制 由電控單元15完成，通過導線16傳送到各個控制點自動控制。請參照圖2，燃氣混合器7的主體704為三通式、內(nèi)外套結構，混合室為圓弧收縮、 直線擴張結構；空氣由空氣進口 702進入，在內(nèi)套705的作用下，流速加快形成負壓，燃氣由 燃氣進口 701進入到主體704、內(nèi)套705之間的環(huán)狀器腔內(nèi)，由燃氣噴孔706徑向噴入，與軸 向進入的空氣混合后，由混合氣出口 703進入節(jié)氣閥10的混合氣進口 101，再經(jīng)節(jié)氣閥10 的混合氣出口 102、進氣活門11進入發(fā)動機的氣缸12中，通過節(jié)氣閥10控制發(fā)動機氣缸 12的進氣量，來控制發(fā)動機的輸出功率。節(jié)氣閥10的結構如圖3所示。請參照圖3，節(jié)氣閥10的閥芯104通過節(jié)氣閥桿105連接在節(jié)氣閥主體103內(nèi)，通 過機械傳動，節(jié)氣閥桿105帶動閥芯104在節(jié)氣閥主體103內(nèi)旋轉(zhuǎn)，以控制混合氣體流量的 大小。節(jié)氣閥桿105的密封由壓緊鎖母106、密封填料107完成。請參照圖4、圖5，在發(fā)動機的氣缸12中，燃料燃燒產(chǎn)生動力推動活塞122做往復 運動，活塞帶動連桿124、曲軸125運動使發(fā)動機做功，活塞環(huán)123起密封作用。活塞122運行到活塞頂距離曲軸125旋轉(zhuǎn)中心最遠處時，即圖4中最高位置時， 活塞頂上方的空間稱為燃燒室，其容積稱為燃燒室容積126 ；活塞運行到活塞頂距離曲軸 旋轉(zhuǎn)中心最近處時，即圖5中最低位置時，活塞頂上方的整個空間的容積量稱為氣缸總容 積127 ；氣缸總容積127與燃燒室容積126之比稱為壓縮比，改變壓縮比即為相對增加燃燒 室容積或相對減小氣缸總容積。改變壓縮比的簡便方法之一為將平頂活塞改變?yōu)榘柬敾钊?128，如圖6所不。柴油動力改為甲烷燃氣動力后，發(fā)動機的輸出功率會因燃料燃燒熱值的變化而有 所下降，因此，本發(fā)明在空氣過濾器8、空氣控制電磁閥9之間增加渦輪增壓器17，提高氣缸 進氣壓力，變非增壓發(fā)動機為增壓發(fā)動機，從而提高發(fā)動機的輸出功率20% -40%。請參照圖7，渦輪增壓器17通過壓縮空氣來增加進氣量，燃燒更多的燃料，來達到 增加發(fā)動機輸出功率的目的。發(fā)動機排出的廢氣由渦輪增壓器17的廢氣進口 173進入，利 用廢氣的慣性沖力來推動渦輪室內(nèi)的渦輪177轉(zhuǎn)動，然后由廢氣出口 174排出，渦輪177通 過鎖母179固定在渦輪軸178上，壓氣葉輪176通過鎖母175固定在渦輪軸178上。渦輪 177帶動同一渦輪軸178上的壓氣葉輪176旋轉(zhuǎn)，壓氣葉輪176壓送由空氣進口 171進來的 空氣，增壓后的空氣由空氣出口 172排出，經(jīng)過空氣控制電磁閥9、燃氣混合器7、節(jié)氣閥10 控制進入氣缸。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速增快時，廢氣排出速度與渦輪177轉(zhuǎn)速也同步增快，壓氣葉輪 176就壓縮更多的空氣，以及更多的燃氣進入氣缸。
權利要求
一種用于農(nóng)用車輛的甲烷動力發(fā)動機，包括氣缸、活塞、連桿、曲軸、燃料供給系統(tǒng)，氣缸上安裝有進氣活門、排氣活門、火花塞，活塞安裝在氣缸的缸體內(nèi)，連桿的一端與活塞連接，連桿的另一端與曲軸連接，其特征是所述燃料供給系統(tǒng)由燃氣儲氣罐組、燃氣過濾器、燃氣調(diào)壓器、燃氣控制電磁閥、燃氣混合器、空氣過濾器、空氣控制電磁閥、節(jié)氣閥、電控單元、渦輪增壓器組成，燃氣儲氣罐組中的各燃氣儲氣罐分別經(jīng)過分支管道與一號主管道連接，一號主管道與燃氣過濾器的氣體入口連接，燃氣過濾器的氣體出口經(jīng)過二號主管道與燃氣調(diào)壓器的氣體出口連接，燃氣調(diào)壓器的氣體出口經(jīng)過三號主管道與燃氣混合器的燃氣進口連接，在三號主管道上設置有燃氣控制電磁閥，空氣過濾器的氣體出口經(jīng)過四號主管道與渦輪增壓器的空氣進口連接，渦輪增壓器的空氣出口經(jīng)過五號主管道與燃氣混合器的空氣進口連接，五號主管道上安裝有空氣控制電磁閥，燃氣混合器的混合氣出口經(jīng)過六號主管道與進氣活門連接，六號主管道上安裝有節(jié)氣閥，所述燃氣調(diào)壓器、燃氣控制電磁閥、空氣控制電磁閥都與電控單元連接。
2.如權利要求1所述的用于農(nóng)用車輛的甲烷動力發(fā)動機，其特征是所述燃氣儲氣罐 組由4-8只燃氣儲氣罐構成，每只燃氣儲氣罐的容積是60-120L，沼氣壓力是20MPa。
3.如權利要求1所述的用于農(nóng)用車輛的甲烷動力發(fā)動機，其特征是所述燃氣調(diào)壓系 統(tǒng)的壓力輸出范圍是0. 1 0. 4MPa。
4.如權利要求1所述的用于農(nóng)用車輛的甲烷動力發(fā)動機，其特征是所述燃氣混合器 控制燃氣與空氣比例為1 9-12.5。
5.如權利要求1所述的用于農(nóng)用車輛的甲烷動力發(fā)動機，其特征是所述氣缸的總容 積與燃燒室容積之比為8-13。
6.如權利要求1所述的用于農(nóng)用車輛的甲烷動力發(fā)動機，其特征是所述火花塞的點 火提前角為23-36°。
全文摘要
一種用于農(nóng)用車輛的甲烷動力發(fā)動機，包括氣缸、活塞、連桿、曲軸、燃料供給系統(tǒng)，氣缸上安裝有進氣活門、排氣活門、火花塞，燃料供給系統(tǒng)由燃氣儲氣罐組、燃氣過濾器、燃氣調(diào)壓器、燃氣控制電磁閥、燃氣混合器、空氣過濾器、空氣控制電磁閥、節(jié)氣閥、電控單元、渦輪增壓器組成，燃氣儲氣罐經(jīng)過管道與燃氣過濾器連接，燃氣過濾器經(jīng)過管道與燃氣調(diào)壓器連接，燃氣調(diào)壓器經(jīng)過管道與燃氣混合器的連接，空氣過濾器經(jīng)過管道與渦輪增壓器連接，渦輪增壓器經(jīng)過管道與燃氣混合器連接，燃氣調(diào)壓器、燃氣控制電磁閥、空氣控制電磁閥都與電控單元連接。本發(fā)明的發(fā)動機，以沼氣凈化后得到的甲烷為燃料，適合于農(nóng)用車輛、農(nóng)用機具使用。
文檔編號F02B43/10GK101858247SQ20101020210
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月17日 優(yōu)先權日2010年6月17日
發(fā)明者于志彥, 孫河忠, 曹國順, 董利霞 申請人:霸州市利華燃氣儲運有限公司