專利名稱：油氣多種燃料通用最佳混合比發動機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種內燃發動機技術領域，尤其是一種油氣多種燃料通用最佳混合比發動機。
現有技術中，一種稱為“油氣兩用”，用于壓縮天然氣汽車上的技術，源于八十年代后期，四川從國外(新西蘭、澳大利亞)引進，該項技術只相當于四十年代煤氣機的水平。改裝后的發動機，功率下降(約只有原功率的72-80％)，燃料耗量過大。其技術的不合理性，主要表現為1、鋼瓶常用最高儲氣壓200kgf/cm2或以上，只采用一個其主體澆鑄成一體的三級減壓裝置。該減壓器的逐級減壓比明顯超出常規許可值。致使出口壓力波動大，即流量和壓力特性偏差大，極不適宜于燃氣輸入要求高度穩定的發動機工作。2、其減壓后的天然氣，就直接用一根末端帶斜切口的管道，通入進氣管中，斜切口朝上，作壓力噴射，射流方向朝管壁，這種不同節氣門開度，不同空氣進入量，幾近“恒定流”的燃氣輸入，不合理的混合比，導致怠速或低功率段，燃燒極不完全，排放污染大有過之。當加大“油門”，節氣門全開時，燃氣輸入量又明顯不足，最大功率下降。射向管壁的天然氣，產生射流原理中的附壁效應，降低混合均勻度，惡化燃燒過程。
較為先進的技術，是八十年代中期國外發展起來的“等混合比膜盒式混合器”用于“油氣兩用”發動機上，(《內燃機工程》86第3期)。其原理是利用進氣總管上端，運轉中產生的負壓，使其聯通有膜片、壓縮彈簧等件組成的密封盒內，在大氣壓力的配合下，膜片產生提升動作，帶動空氣主閥，連同燃氣輸入閥同步啟閉，因此，其混合比在各工況下，近似等值。本實用新型設計申報人，在幾種機型上驗證過該原理所起到的積極效果，但也發現該原理必然產生的，不容忽視的問題是一旦還原用汽油工作，都不能保持原標定功率。由于有汽化器的存在，汽油機的充量系數已明顯下降，如今再加一空氣主閥，致使充量系數再次下降，最大功率降低也就必然產生。
目前新興的液化氣汽車，據中央電視臺(98年7月3日)報導，上海等地改裝成功并開始投入使用，其最大功率仍下降5-7％，燃料耗量也過高，同樣存在混合比不適，混合均勻度不高等問題。
本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種油氣多種燃料通用最佳混合比發動機，以減少燃耗，保證原機最大功率。各型汽油機和柴油機(包括增壓型)，經加裝本實用新型各相關組件(保留原機運轉結構和參數)，作了改型或改裝的發動機，可照常使用原用油料，又能任意選用(強制式點火)，或配合選用(柴油引燃)液化氣、天然氣、沼氣(CH460％)，每種燃氣能在最佳混合比狀態下運行，輸出功率等同于或可高于原機指標，燃料耗量減少，排放污染明顯降低。
本實用新型的目的通過下述技術方案來實現本實用新型包括發動機(柴油機或汽油機)，燃氣源及連接構件，其特征在于所說的連接構件由進氣口與氣源相連、出氣口與調控輸氣量的轉筒閥進氣口相連的彈簧、膜片、閥芯反裝式燃氣調壓穩壓器，及轉簡閥出氣口與流體動力效應燃氣輸入管進氣口相連，其出氣口與發動機進氣總管相連。
所說的彈簧、膜片、閥芯反裝式燃氣調壓穩壓器，其主體與上蓋間設有膜片，膜片下的閥芯定位板與設于進氣道的反裝式閥芯上端通過螺紋連接，定位板下部套有回位彈簧，膜片上面設有彈簧墊板，與其上的調壓彈簧相觸，調壓彈簧上部與連接于上蓋上的調節螺絲相觸，為使其能通用于增壓型柴油機，可在閥體上增設一聯通接頭，與增壓后的進氣管道聯通后即成為差壓式減壓穩壓器。膜片下腔設有平衡孔與出氣道相通。
所說的調控輸氣量之轉筒閥結構，為裝于固定套筒內的帶切口的轉筒，固定套筒的燃氣輸入口內開有槽口，轉筒與轉臂固接，轉臂與氣量控制構件相連。
所說的流體動力效應燃氣輸入管，由帶缺口的輸氣管與法蘭構成，輸氣管的缺口朝向順空氣的流向。
所說的氣量控制構件為汽油機的“油門”操縱傳動機構或柴油機調速器的調速傳動桿。
在汽源壓力較大的情況下，在氣源與燃氣調壓穩壓器間增設有減壓器，減壓器的結構為帶進出氣口的主體與上固定筒通過螺紋連接，二者間設有的膜片，其四周通過兩者相觸而緊固于二者間，在膜片上部設有彈簧座與調壓彈簧下端相觸，彈簧上端與調節絲桿相觸，膜片下部與壓板相觸，壓板與上下可活動的推桿相連，推桿以2-3個對稱分布為佳，推桿下部與閥門相抵，閥門下設有壓簧。在氣源壓力較大的情況下，一個減壓器的減壓比過大時，可采用數個相互串聯的減壓器組來完成，如氣源壓力達200kgf/cm2或以上時可采用4個或4個以上減壓器組，各級減壓器可配置與其相適應的不同參數及材質的彈簧和膜片。
為保證用柴油或雙燃料運行的前后轉換平穩、可靠和實現自身轉換，本實用新型還增設了燃料的調節與自動轉換裝置，其具體結構為設一與油泵齒條相連接的齒條拉桿，拉桿上設有調節螺套，與調速桿相固定的調速傳動桿，調速器后蓋；后蓋上固定有固定座，座內設有彈簧筒，彈簧筒內外分別設有內彈簧和外彈簧，拉桿另一端設有拉桿螺母及調節套和螺蓋。
本實用新型主要利用各組件的特殊功能相互配合來實現本實用新型目的，各組件工作原理如下本實用新型燃氣調壓穩壓器為彈簧、膜片，閥芯反裝式，具有減壓、調壓、穩壓三大功能。氣源從閥芯的下部進口進入，經過閥芯與主體間形成的閥面流道，減壓后從出口輸出(接往燃氣調控閥的進口)。出口壓力經平衡孔與膜片的下腔相通。作用于閥芯的軸向各力，處于平衡態時，閥芯的開度和出口壓力便保持某一穩定值。穩壓精度決定于膜片的有效面積和調壓彈簧的剛度。當氣源壓力在使用中發生變化時，作用于反裝式閥芯的軸向力也相應變化，此力與膜片和調壓彈簧可起到相互配合、相互協調地提高穩壓精度。出口壓力的調節，靠調節螺絲改變調壓彈簧的壓縮量實現。
調節燃氣輸入量的閥，常用的有蝶閥、錐形閥等，本實用新型為轉筒式燃氣調控閥，轉筒可在固定套筒內轉動。固定套筒的燃氣輸入口內開有槽口，轉筒的切口與該槽口相重合時，形成通孔。操縱轉臂，可改變通孔面積，改變燃氣的流量。通孔面積即為燃氣過流面積。來自調壓穩壓器的燃氣，經通孔進入，向發動機的燃氣輸入管輸送。
轉臂，在汽油機上，與節氣門的傳動臂，一同受控于“油門”的操縱傳動機構，動作同步，即燃氣過流面積，隨節氣門的開度增大而增大，隨開度的減小而減小。各工況的最佳燃空比，可通過調程范圍內，槽口和切口的幾何形狀的選取而得到。在柴油機上，轉臂由調速器的調速傳動桿伺服，調節進入發動機的燃氣量。和蝶閥、錐形閥等比較，還具有流量系數穩定，調節扭矩小等優點。
雙燃料發動機，以氣態燃料為主，少量柴油作為引燃油，共同燃燒作功。雙燃料運行中，引燃油量保持定值，調速器轉入調節燃氣輸入量的多少，以維持運轉轉速及相應的輸出功率。若停止燃氣的輸入，能還原為柴油機，用柴油繼續運行。
用柴油或是用雙燃料運行的前后轉換，在現有技術中，都采用人工輔助動作及其輔助機構完成，平穩性、可靠性常顯不足。本實用新型利用調速器的全調速行程(前后調程)，實現兩種燃料的分別調節和自動轉換。
雙燃料發動機燃料的調節與自動轉換裝置，隨著燃氣的輸入，轉速上升的同時，調速傳動桿往減少燃料的方向移動，齒條拉桿在內彈簧的作用下，也跟著移動，至靠貼彈簧筒的端面為止，此時的噴油量即為引燃油量。調速傳動桿自動脫離調節螺套，繼續移動至所能到達的行程為后調速行程。由于其是在游隙范圍內的調速動作，引燃油量不發生變化。此時的調速傳動桿僅帶動與它的另一端相連的燃氣調控閥，調節燃氣輸入量，達到調速的目的。若燃氣逐漸匱乏或中斷后，轉速開始下降的同時，調速傳動桿又將超越游隙區域，進入前調速行程，還原為只用柴油工作的柴油機工況。其間的動作是連續的，轉換是自動的。
流體動力效應燃氣輸入管由燃氣輸入管和與進氣總管相連接的法蘭組成。輸入管的缺口朝向順空氣流向，燃氣進入輸入管后，從缺口流出。
依圓柱體繞流理論，處于缺口附近的空氣流速，約為來流速度的2倍(《機械工程手冊》2卷)，由此產生的高負壓，促使燃氣從缺口流出后，即與來流空氣發生強渦旋混合，提高混合均勻度。空氣的流速增大，燃氣的出口壓差增大，燃氣流量趨向增大。反之，燃氣流量也趨減少，有利于燃空比的合理配比，和最佳混合比的造就。
對于包括增壓型在內的多缸雙燃料發動機，其最合適的安裝位置，是將輸入管，單獨分別裝于各缸的進氣歧管內，用一聯通管相聯結，由燃氣調控閥向聯通管內輸入燃氣。運轉中，當進氣閥迅速關閉，歧管內靜壓升高的同時，將抑止燃氣從輸入管的缺口繼續流出，直至進氣閥再次開啟。這種脈動流效應，既有利于提高混合均勻度，又能使進氣閥關閉后歧管內的燃空比低于可燃限，從而杜絕常有發生的，因閥門與閥座的密封受損，燃燒氣體外泄，引起歧管中的混合氣發生爆炸的惡性事件。
當氣源壓力較大情況下通過減壓器進行減壓，減壓器可以是一個也可以是數個串聯為一組，本實用新型的減壓器的閥門為正裝式(流開式)，作用于閥門與壓板之間的軸向力，由上下可活動的推桿傳遞。推桿的數量一般為2-3，對稱布置。對于高壓氣源，經一次減壓不能達到使用要求的，可采用逐級減壓的方法達到。如壓縮天然氣，氣瓶最大儲氣壓達200kgf/cm2或以上，采用4個或4個以上，用不同參數的彈簧，或不同材質的膜片，組成不同減壓范圍的減壓器系列，串聯組裝、使用。
從上述情況可知本實用新型的目的是可以實現的，本發明人經過多次試驗試用達到如下效果(1)在3KW、5KW汽油發動機組上，用本實用新型的下列組合(氣源)→調壓穩壓器→轉筒式燃氣調控閥(與節氣門聯動、同步)→流體動力效應燃氣輸入管→發動機進氣總管。改裝后分別使用汽油、液化氣、天然氣、沼氣四種燃料，其中燃氣輸入壓調定情況為液化氣50～60mmH2O，天然氣100～110mmH2O，沼氣250～280mmH2O，最大輸出功率均達到100％，液化氣為105％，燃氣熱效率高于原機1-2.5個百分點。
(2)分別在2、4、6缸的135系列柴油機上，用本實用新型下列組合(氣源)→調壓穩壓器→轉筒式燃氣調控閥+燃氣的調節與自動轉換裝置→流體動力效應燃氣輸入管→空氣進氣總管(發動機)。分別用天然氣(輸入壓100mmH2O)和沼氣(輸入壓250mmH2O)作燃料。雙燃料工作的最大輸出功率均達到110％(許可使用值)，熱效率高達38％，瞬時調速率6％，用柴油工作的性能不變。
(3)在增壓型PZ8V190(300KW)柴油發動機組上，用本實用新型下列組合(高壓管道天然氣)→減壓器→調壓穩壓器(先導式接頭聯接增壓后的進氣管)→轉筒式燃氣調控閥→燃料的調節與自動轉換裝置→流體動力效應燃氣輸入管(分別裝于進氣歧管上)→(發動機)。燃氣與增壓后的進氣壓差ΔP＝0.1kgf/cm2，瞬時調速率小于6％，最高熱效率高達40％。
經本實用新型改裝、改型的油氣多種燃料通用最佳混合比發動機，所達到的性能已表明受現有同類技術影響的下述觀點“用燃氣代替汽油，功率必然下降，國內外都如此”實屬偏見。對擴寬能源，節約能源，降低排放污染，提高發動機性能，提高經濟、社會效益，都將起到積極效果。
圖1為本實用新型基本組件配置圖；圖2為本實用新型燃氣調壓穩壓器剖視圖；圖3為本實用新型燃氣輸入量調控轉筒閥結構示圖；圖4為本實用新型流體動力效應燃氣輸入管；圖5為本實用新型減壓器結構剖視圖；圖6為本實用新型燃料調節與自動轉換裝置結構示圖。
下面根據附圖結合實施例對本實用新型作進一步描述實施例1本實用新型包括發動機(柴油機或汽油機)，燃氣源及連接構件。本實施例選用5KW汽油發動機，氣源壓力為3kgf/cm2，如
圖1所示，所說的連接構件由進口與氣源相連、出口與調控輸氣量的轉筒閥2進口相連的彈簧、膜片、閥芯反裝式燃氣調壓穩壓器1，轉筒閥2的出氣口與流體動力效應燃氣輸入管3的進氣口相連，管3的出氣口與發動機進氣總管相連。如圖2所示，所說的彈簧、膜片、閥芯反裝式燃氣調壓穩壓器，其主體4與上蓋12間設有膜片8，膜片下的閥芯定位板7與設于進氣道的反裝式閥芯5上端通過螺紋連接，定位板下部套有回位彈簧6，膜片上面設有彈簧墊板9，與其上的調壓彈簧10相觸，調壓彈簧上部與連接于上蓋上的調節螺絲11相觸，為使其能通用于增壓型柴油機，本實施例在上蓋上增設一聯通接頭13，其與增壓后的進氣管道聯通后即成為差壓式減壓穩壓器。膜片下腔設有平衡孔15與出氣道14相通。如圖3所示，所說的調控輸氣量的轉筒閥結構，為帶切口的轉筒16，裝于固定套筒18內，固定套筒的燃氣輸入口內開有槽口。轉筒與轉臂17固定，轉臂與氣量控制構件相連。如圖4所示，所說的流體動力效應燃氣輸入管即由帶缺口的輸氣管20與法蘭21相互構成，輸氣管的缺口朝向順空氣的流向。所說的氣量控制構件，即為汽油機的“油門”操縱傳動機構，或柴油機調速器的調速桿。
實施例2如圖5所示，在汽源壓力較大的情況下，在氣源與燃氣調壓穩壓器間增設有減壓器，其結構為帶進出氣口的主體28與上固定筒30通過螺紋連接，二者間設有的膜片23，其四周通過兩者相觸而緊固于二者間，在膜片上部設有彈簧座29，與調壓彈簧22下端相觸，彈簧上端與調節絲桿相觸，膜片下部與壓板24相觸，壓板與上下活動的推桿27相連，推桿以2-3個對稱分布為佳，本實施例選用2個，推桿下部與閥門26相抵，閥門下設有壓簧25。在氣源壓力較大的情況下，可采用數個相互串聯的減壓器組，逐級減壓，如氣源壓力達200kgf/cm2或以上時可采用4個或4個以上減壓器組來完成，各減壓器采用與其減壓范圍相適應的，不同參數的彈簧，或不同材質的膜片組成的系列減壓器。其它結構同實施例1。
實施例3為保證用柴油或雙燃料運行的前后轉換達到平穩、可靠和實現自動化，本實施例選用135系列柴油機，并在流體動力效應燃氣輸入管與轉筒閥間增設一燃氣調節與自動轉換裝置，其進氣口與轉筒閥相連，其出口與流體動力效應燃氣輸入管進氣口相連，其具體結構如圖6所示，設計一與油泵齒條相連接的齒條拉桿31，拉桿上設有調節螺套32，與調速桿相固定的調速傳動桿33，調速器后蓋34；后蓋上固定有固定座35，座內設有彈簧筒36，彈簧筒內外分別設有內彈簧37和外彈簧38，拉桿另一端設有拉桿螺母39及調節套40和螺蓋41，調速傳動桿33在游隙S內動作時，在它的另一端則與轉動閥的轉動臂17相連，以調控燃氣向發動機輸入量，以調節發動機的轉速和相應的輸出功率，其余結構同實施例2。
權利要求1.一種油氣多種燃料通用最佳混合比發動機，包括發動機，燃氣源及連接構件，其特征在于所說的連接構件由進氣口與氣源相連、出氣口與調控輸氣量的轉筒閥(2)進氣口相連的彈簧、膜片、閥芯反裝式燃氣調壓穩壓器(1)，及轉筒閥出氣口與流體動力效應燃氣輸入管(3)進氣口相連，(3)的出氣口與發動機進氣總管相通。
2.根據權利要求1所述的油氣多種燃料通用最佳混合比發動機，其特征在于所說的彈簧、膜片、閥芯反裝式燃氣調壓穩壓器的主體(4)與上蓋(12)間設有膜片(8)，膜片下的閥芯定位板(7)與設于進氣道的反裝式閥芯(5)上端通過螺紋連接，閥芯上部套有回位彈簧(6)，膜片上面設有彈簧墊板(9)，與其上的調壓彈簧(10)相觸，調壓彈簧上部與連接于上蓋上的調節螺絲(11)相觸，膜片與上蓋間的腔體上設有聯通接頭(13)，膜片下腔設有平衡孔(15)與出氣道(14)相通。
3.根據權利要求1所述的油氣多種燃料通用最佳混合比發動機，其特征在于所說的調控輸氣量之轉筒閥結構為帶切口的轉筒(16)裝于固定套筒(18)內，固定套筒的燃氣輸入口內開有槽口，轉筒與轉臂(17)固接，轉臂與氣量控制構件相連。
4.根據權利要求1所述的油氣多種燃料通用最佳混合比發動機，其特征在于所說的流體動力效應燃氣輸入管即由帶缺口的輸氣管(20)與法蘭(21)構成，輸氣管的缺口朝向順空氣的流向。
5.根據權利要求1所述的油氣多種燃料通用最佳混合比發動機，其特征在于所說的氣量控制構件為汽油機的“油門”操縱傳動機構或柴油機調速器的調速桿。
6.根據權利要求1所述的油氣多種燃料通用最佳混合比發動機，其特征在于在氣源與燃氣調壓穩壓器間增設有減壓器，減壓器的結構為帶進出氣口的主體(28)與上固定筒(30)通過螺紋連接，二者間設有的膜片(23)，四周通過兩者相觸而緊固于二者間，在膜片上部設有彈簧座(29)與調壓彈簧(22)下端相觸，彈簧上端與調節絲桿相觸，膜片下部與壓板(24)相觸，壓板與可上下活動的推桿(27)相連，推桿以2-3個對稱分布為佳，本實施例選用2個，推桿下部與閥門(26)相抵，閥門下設有壓簧(25)。
7.根據權利要求1所述的油氣多種燃料通用最佳混合比發動機，柴油機改型雙燃料發動機，其特征在于增設一燃料的調節與自動轉換裝置，其具體結構為設一與油泵齒條相連接的齒條拉桿(31)，拉桿上設有調節螺套(32)，與調速桿相固定的調速傳動桿(33)，調速器后蓋(34)；后蓋上固定有固定座(35)，座內設有彈簧筒(36)，彈簧筒內外分別設有內彈簧(37)和外彈簧(38)，拉桿另一端設有拉桿螺母(39)及調節套(40)和螺蓋(41)。
專利摘要本實用新型公開了一種油氣多種燃料通用最佳混合比發動機,其特征在于:連接構件由進氣口與氣源相連、出氣口與調控輸氣量的轉筒閥進氣口相連的彈簧、膜片、閥芯反裝式燃氣調壓穩壓器,及轉筒閥出氣口與流體動力效應燃氣輸入管進氣口相連,其出氣口與發動機進氣總管相通,本實用新型使用各種燃料,最大輸出功率可達到100—110%,熱效率高達30—38%。
文檔編號F02B45/00GK2375769SQ9824480
公開日2000年4月26日 申請日期1998年10月3日 優先權日1998年10月3日
發明者鐘鵬飛 申請人:鐘鵬飛