WO2011091571A1

WO2011091571A1 - 天然气发动机

Info

Publication number: WO2011091571A1
Application number: PCT/CN2010/001868
Authority: WO
Inventors: 肖亨琳
Original assignee: 无锡开普动力有限公司
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2010-11-22
Publication date: 2011-08-04
Also published as: CN101922360A

Description

天然气发动机技术领域

本发明属于发动机技术领域，具体地说是涉及一种由柴油发动机改装而成的天然气发动机。

背景技术

在现有技术中，发动机的燃料主要以汽油与柴油为主，但目前随着石油资源的枯竭、短缺、环境污染和全球气候日益变暖等一系列问题日益突出，世界各国都把节能、减少污染物等放在首位，并且制订了日益严格的节能和排放法规，目前柴油机与汽油机的燃油系统与增压系统将难以满足未来的排放法规要求，为寻求发动机的高效清洁燃烧，必须对燃油系统与增压系统进行改进，像汽油机需通过增加三元催化剂；柴油机需要采用先进的电控高压燃油喷射技术、先进的增压中冷技术、先进的燃烧控制技术、先进的后处理技术等，需要把他们组合起来应用，才能满足严格的排放法规。而这些先进的手段和装置的应用需要花费很大的人力、物力和财力，需要复杂的匹配开发过程，成本高，装置也很昂贵。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足之处，提供一种由柴油发动机改装而成的天然气发动机，该发动机改装简单，不耗费很大的人力、物力和财力，能够满足节能环保的要求，并且开发周期较短。

按照本发明提供的技术方案，所述天然气发动机由柴油发动机改装而成，包括柴油机体，柴油机体上设置有传感系统，其特征在于还包括有进气系统、燃料供给系统、点火系统、传感系统和点火控制器 ECU;

进气系统安装在发动机气缸盖一侧，进气系统包括空滤进气管和进气管，空滤进气管用于通入空气，进气管与发动机的燃烧室相连通；

燃料供给系统包括低压天然气源、燃气切断阀、压力调节阀、比例阀、混合器管和电子节气门，低压天然气源与燃气切断阀相连，燃气切断阀与压力调节阀相连，压力调节阀与比例阀相连，比例阀与混合器管一个进口相连，混合器管上的另一个进口与进气系统中的空滤进气管相连，混合器管的出口连接电子节气门，电子节气门与进气系统中的进气管相连；

点火系统包括点火线圈和火花塞，火花塞安装在发动机气缸盖上，火花塞的一端伸入燃烧室内，火花塞的另一端连接点火线圈，点火线圈设置在进气管下面，点火线圈通过导线与点火控制器 ECU相连；

传感系统中的各传感器通过导线与点火控制器 ECU相连并传输信号，点火控制器 ECU与燃料供给系统中的比例阀和电子节气门分别相连并传输指令，通过比例阀控制燃气进入混合器管的流量，通过电子节气门控制控制混合气进入气缸的流量。

作为本发明的进一步改进，所述空滤进气管与混合器管之间连接有导流板，导流板位于混合器管内的面上设有圆弧状凸起。

作为本发明的进一步改进，所述进气管与电子节气门之间连接有稳压管。作为本发明的进一步改进，所述气缸盖采用平底气缸盖，气缸内的活塞顶部相对火花塞的中心位置设有一凹坑形燃烧室。

作为本发明的进一步改进，所述凹坑形燃烧室为圆柱形回转体结构。 · 作为本发明的进一步改进，所述传感系统包括曲轴转角传感器、凸轮轴转角传感器、曲轴转速传感器、进气温度压力传感器、水温传感器、氧传感器、机油压力传感器和机油温度传感器。

本发明与现有技术相比，优点在于：

( 1 )、本发明通过对现有柴油发动机的气缸盖、活塞燃烧室、进气系统、燃烧供给系统和点火系统进行适当的改进，使其成为一种能燃烧天然气的发动机，能满足日益严格的排放要求；而且改装方便，不需要花费很大的人力、物力和财力。

(2)、本发明通过在电子节气门与进气管之间设置稳压管，有效提高了各缸进气分配均匀性，减少了发动机各缸空燃比的变化，降低了燃烧循环变动率，改善了发动机的燃料消耗和排放水平。

( 3 )、本发明的进气系统在空气进入混合器管之前设置有导流板，导流板能够增强了空气与燃气的混合，有利于混合气的充分燃烧。

(4)、本发明的燃烧室结构巧妙合理，具有良好的工艺性，燃烧室全部机加工而成，有精确的形状和容积，能使天然气达到了最佳的压缩燃烧比和更加精确的点火时间，满足天然气发动机的燃烧要求。

( 5 )、本发明的燃烧供给系统、点火系统通过点火控制器 ECU控制，可以有效的控制发动机在各种状态下的运行状况。

附图说明

图 1为本发明的整机侧视图。

图 2为本发明的整机正视图。图 3为本发明的整机剖视图。

图 4为本发明燃烧室的位置结构示意图。

图 5为图 4中活塞的顶部俯视图。

图 6为本发明的进气系统示意图。

图 7为本发明的空气导流板示意图。

图 8为图 7的结构剖视图

图 9为本发明的燃料供给系统示意图。

图 10为本发明的点火系统示意图。

附图标记说明： 1一气缸盖、 2—燃烧室、 3—进气系统、 3a—空滤进气管、 3b 一导流板、 3c—稳压管、 3d—进气管、 4一燃料供给系统、 4a—燃气切断阀、 4b—压力调节阀、 4c一气管、 4d—比例阀、 4e—气管、 4f一混合器管、 4g— 电子节气门、 5—点火系统、 5a—点火线圈、 5b—高压线、 5c—火花塞、 6a 一曲轴转角传感器、 6b—凸轮轴转角传感器、 6c—曲轴转速传感器、 6d—进气温度压力传感器、 6e—水温传感器、 6f—氧传感器、 6g—机油压力传感器、 6h—机油温度传感器。

具体实施方式

下面本发明将结合附图中的实施例作进一步描述：

如图所示，本发明是由柴油发动机改装而成，改装部分主要是发动机的气缸盖 1、活塞燃烧室 2、进气系统 3、燃料供给系统 4和点火系统 5 ; 其中，进气系统 3主要由空滤进气管 3a、导流板 3b、稳压管 3c和进气管 3d组成；燃料供给系统 4主要由低压天然气源、燃气切断阀 4a、压力调节阀 4b、气管 4c、比例阀 4d、气管 4e、混合器管 4f和电子节气门 4g组成；点火系统 5主要由点火线圈 5a、高压线 5b和火花塞 5c组成。

如图 1~图 10所示，进气系统 3安装在发动机的气缸盖 1一侧，进气系统 3 中的空滤进气管 3a用于通入空气，空滤进气管 3a通过空气导流板 3b 与燃料供给系统 4中混合器管 4f的一个进口相连，从空滤进气管 3a中进入的空气通过空气导流板 3b上开设的气孔进入混合器管 4f内；燃料供给系统 4中的低压天然气源与燃气切断阀 4a相连，燃气切断阀 4a与压力调节阀 4b 直接相连，压力调节阀 4b通过气管 4c与比例阀 4d相连，比例阀 4d通过气管 4e与混合器管 4f的另一个进口相连，作为燃料的天然气通入混合器管 4f 后与空气混合均匀，混合器管 4f的出口连接电子节气门 4g，电子节气门与进气系统 3中的稳压管 3c相连，稳压管 3c与进气管 3d相连，进气管 3d 与发动机的燃烧室 2a相连通，混合气由此进入燃烧室 2内；所述点火系统 5 中的火花塞 5c安装在发动机气缸盖 1上，火花塞 5c的一端伸入燃烧室 2内，火花塞 5c的另一端通过高压线 5b连接点火线圈 5a，每个火花塞 5c与点火线圈 5a单独连接供电；点火线圈 5a设置在进气管 3d下面，点火线圈 5a通过导线与点火控制器 ECU相连；传感系统中的各传感器通过导线与点火控制器 ECU相连并传输信号，点火控制器 ECU与燃料供给系统 4中的比例阀 4d 和电子节气门 4g分别相连并传输指令，通过比例阔 4d控制燃气进入混合器管 4f的流量，通过电子节气门 4g控制控制混合气进入气缸的流量。

如图 4、图 5所示，所述气缸盖 1采用平底气缸盖 1，活塞安装在气缸中，在活塞顶部相对火花塞 5c的中心位置设有一凹坑形燃烧室 2，该凹坑形燃烧室 2为圆柱形回转体结构，具有较好的工艺性，燃烧室 2全部机加工而成，有精确的形状和容积，燃烧室 2表面光滑、紧凑，压缩比可提高到 12，能使天然气达到了最佳的压缩燃烧比，精确的点火时间，能够满足天然气发动机的燃烧要求。

如图 6所示，在混合器管 4f和进气管 3d中间连接有稳压管 3c, 混合器管 4f中充分混合后的混合气首先通过电子节气门 4g控制流量，然后进入稳压管 3c内，稳压管 3c是为了提高各缸进气分配均匀性，减少发动机各缸空燃比的变化，降低燃烧循环变动率，改善了发动机的燃料消耗和排放水平。

如图 7〜图 9所示，所述导流板 3b位于混合器管 4f内的面上设有圆弧状凸起，这种结构的导流板可以使进入混合器管 4f内的空气与作为燃料的天然气充分混合，有助于混合气的充分燃烧。

本发明的工作过程及工作原理如下：

发动机启动时，空气经由空滤进气管 3a进入混合器管 4f 内，低压天然气从燃气切断阀 4a进入，通过压力调节阀 4b调节压力，然后经由比例阀 4d 进入混合器管 4f 内，空气和作为燃料的天然气在混合器管 4f 中充分混合，然后经由电子节气门 4g控制进入量进入稳压管 3c、进气管 3d进入发动机各气缸的燃烧室 2内；在上述过程中，发动机上的各传感器（包括安装在曲轴前端的曲轴转角传感器（6a)、安装在齿轮室盖上的凸轮轴转角传感器（6b)、安装在飞轮壳上的曲轴转速传感器（6c)、安装在稳压管（3c)上的进气温度压力传感器（6d)、安装在出水口座上的水温传感器（6e)、安装在排气管上的氧传感器（6f)、安装在机体主油道上的机油压力传感器（6g)和机油温度传感器（6h)。分别通过导线与点火控制器 ECU相连，各传感器实时感应检测发动机的状况并传输信号给点火控制器 ECU, 点火控制器 ECU对发动机做出综合判断，确定发动机最适宜的进气量，通过信号转换，发送指令给与其相连的比例阀 4d和电子节气门 4g，通过比例阔 4d控制天然气进入混合器管 4f的流量，通过电子节气门 4g控制控制混合气进入气缸的流量，从而使发动机具有很好的动力性和排放；点火线圈 5a也通过点火控制器 ECU控制，点火控制器 ECU 根据各传感器传输来的信号，对发动机的状况做出综合判断，确定发动机最适宜的点火提前角，然后通过点火线圈 5a实现发动机点火。

Claims

权利要求书

1、一种天然气发动机，其由柴油发动机改装而成，包括柴油机体，柴油机体上设置有传感系统，其特征在于还包括有进气系统（3 )、燃料供给系统（4)、点火系统（5 )、传感器系统和点火控制器（ECU);

进气系统（3 ) 安装在发动机气缸盖（1 ) 一侧，进气系统（3 )包括空滤进气管（3a) 和进气管（3d), 空滤进气管（3a) 用于通入空气，进气管 ( 3d) 与发动机的燃烧室（2 ) 相连通；

燃料供给系统（4 ) 包括低压天然气源、燃气切断阀（4a)、压力调节阀（4b)、比例阀（4d)、混合器管（4f) 和电子节气门（4g)，低压天然气源与燃气切断阀（4a) 相连，燃气切断阀（4a) 与压力调节阀（4b) 相连，压力调节阀（4b) 与比例阀（4d) 相连，比例阀（4d) 与混合器管（4f) 一个进口相连，混合器管（4f) 上的另一个进口与进气系统（3 ) 中的空滤进气管（3a) 相连，混合器管（4f) 的出口连接电子节气门（4g)，电子节气门（4g) 与进气系统（3 ) 中的稳压管（3c) 相连；

点火系统（5 ) 包括点火线圈（5a) 和火花塞（5c)，火花塞（5c ) 安装在发动机气缸盖（1 ) 上，火花塞（5c) 的一端伸入燃烧室（2 ) 内，火花塞（5c)的另一端连接点火线圈（5a)，点火线圈（5a)设置在进气管（3d) 下面，点火线圈（5a) 通过导线与点火控制器（ECU) 相连；

传感器系统中的传感器通过导线与点火控制器（ECU) 相连并传输信号，点火控制器（ECU) 与燃料供给系统（4 ) 中的比例阀（4d) 和电子节气门（4g) 分别相连并传输指令，通过比例阀（4d) 控制燃气进入混合器管（4f) 的流量，通过电子节气门（4g) 控制控制混合气进入气缸的流量。

2、如权利要求 1所述的天然气发动机，其特征还在于：所述空滤进气管（3a) 与混合器管（4f) 之间连接有导流板（3b)，导流板（3b) 位于混合器管（4f) 内的面上设有圆弧状凸起。

3、如权利要求 1所述的天然气发动机，其特征还在于：所述进气管（3d) 与电子节气门（4g) 之间连接有稳压管（3c)。

4、如权利要求 1所述的天然气发动机，其特征还在于：所述气缸盖（ 1 ) 采用平底气缸盖（1 )，气缸内的活塞顶部相对火花塞（5c) 的中心位置设有一凹坑形的燃烧室（2)。

5、如权利要求 4所述的天然气发动机，其特征还在于：所述凹坑形的燃烧室（2) 为圆柱形回转体结构。

6、如权利要求 1所述的天然气发动机，其特征还在于，所述传感系统包括安装在曲轴前端的曲轴转角传感器（6a)、安装在齿轮室盖上的凸轮轴转角传感器（6b)、安装在飞轮壳上的曲轴转速传感器（6c)、安装在稳压管（3c) 上的进气温度压力传感器（6d)、安装在出水口座上的水温传感器（6e)、安装在排气管上的氧传感器（6f)、安装在机体主油道上的机油压力传感器（6g) 和机油温度传感器（6h)。