[发明专利]燃气发动机用燃气温控管道无效
申请号: | 201110156064.7 | 申请日: | 2011-06-11 |
公开(公告)号: | CN102226432A | 公开(公告)日: | 2011-10-26 |
发明(设计)人: | 张海辉 | 申请(专利权)人: | 张海辉 |
主分类号: | F02M21/02 | 分类号: | F02M21/02;F02M35/104;F28D7/00 |
代理公司: | 重庆辉腾律师事务所 50215 | 代理人: | 侯懋琪 |
地址: | 401136 *** | 国省代码: | 重庆;85 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 燃气 发动机 温控 管道 | ||
技术领域
本发明涉及一种燃气发动机的燃气、空气进气装置,尤其涉及一种燃气发动机用燃气温控管道。
背景技术
目前,以燃气(主要是液化石油气LPG、液化天然气LNG、压缩天然气CNG)作为清洁燃料的发动机在国内外发展很快;随着社会进步对节能减排的要求,现有的燃气发动机需进一步优化空燃比、提高燃烧效率。
进入燃气发动机并参与燃烧的空气和燃气混合后的质量比简称空燃比;空燃比主要受空气和燃气的质量密度变化影响,其中,空气的质量密度变化又主要受季节、海拔、纬度、环境等因素的影响,燃气的质量密度变化主要受燃气压力、温度、热值等因素影响。
受季节、海拔、纬度、环境等因素影响最大的是空气的温度,此外,空气滤清器进气口的安装位置、空气增压机的工况、中冷器的冷却效率等因素也对空气温度有较大影响,前述的多种因素综合作用,造成空气温度可在-40~50℃的巨大范围内变化,导致空气质量密度的变化十分巨大,难于控制。
影响燃气质量密度的多种参数中,与本文所涉及的问题最直接相关的(或者起主要作用的)是燃气温度,燃气温度除了受燃气储存形态、压力、大气环境温度的变化影响外,还要受发动机热负荷变化、CNG减压节流吸热量、加热效果或LPG或LNG的加热和蒸发专用装置的效率等诸多复杂因素的影响,造成燃气温度可在-40~60℃的巨大范围内变化,导致燃气质量密度的变化十分巨大,难于控制;
气体温度毎变化1℃时,气体的体积变化约为1/273,燃气与空气的温度变化巨大,这就直接导致燃气发动机燃烧所需的混合气中,空气与燃气的空燃比的稳定性和可控性变差,进而导致发动机的安全可靠性、动力性、经济性、排放指标也随之降低。
1、现有技术对进入发动机的空气和燃气采用了以下几种温控技术:
1)采用增压中冷技术降低发动机空气进气温度提高充气效率(通常要求经中冷器冷却后空气温应低于50℃),但是,当发动机使用环境在高寒、高温或高海拔地区、或发动机负荷变化巨大的工况时,通过中冷器冷却后的空气温度仍有0~50℃度的温差。
2)CNG燃气与空气混合前,需要采用燃气减压调节器对其进行处理,为了避免因减压节流降温引起的燃气中的饱和水变成游离水,造成对减压调节器阀口的冲击损坏,釆用发动机循环水对减压调节器高压减压阀体加热,同时,也适当地提高了燃气温度,但是,这种燃气的温升是被动的,无法对燃气温度起到调节作用,当发动机处于较小负荷工况时,加热充分,燃气温度升高、质量密度降低;发动机负荷大时,加热强度不足,燃气温度降低、质量密度升高;发动机台架试验证明其温差可达0~50℃,发动机功率和扭矩相差高达20%以上。
3)LPG或LNG必须经过液转气的蒸发转换,与空气充分混合后,才能输入发动机参与燃烧;蒸发转换往往釆用发动机循环水对热交换器内通过的燃气进行加热,这种加热方式的缺点是:当发动机处于较小负荷工况时,加热强度很高,燃气温度提高,燃气质量密度随之降低;当发动机负荷大时,加热强度又不足,燃气温度降低,燃气质量密度随之升高;发动机台架试验证明,燃气温差可达0~50℃,发动机功率和扭矩相差高达20%以上。
2. 现有技术对进入发动机的混合气的空燃比采用的控制技术有:
1)机械方式:固定空气与燃气通道,减压调节器随发动机功况变化随机调节燃气压力及流量,机械零件设计相对固定,优点:结构简单成本低;缺点:空燃比随着空气与燃气温差变化而变化,且变化范围较大,导致发动机动力性及其他性能不稳定。
2)电控方式:根据发动机功况变化,采集空气、燃气压力及温度数据,计算空气和燃气的质量密度,再结合氧传感器釆集到的空燃比等信息,对燃气流量进行调节。开环电控调节是根椐预先设定的燃气流量脉谱进行调节,闭环电控调节是根椐预先设定的控制目标对燃气流量脉谱进行自动修正调节。但空气与燃气温度随发动机工况变化在非可控情况下温差变化较大,气体质量密度变化巨大,空燃比超过电控调节范围的情况时常发生,使功率、扭矩下降,排放变差。
综上所述,燃气发动机及燃气汽车使用地域宽广,季节、海拔、纬度造成空气质量密度变化巨大,而燃气热值组份随产地差异也很大,目前国内外的车用燃气发动机标准无法对使用条件进行规范,只能对适用范围的安全要求进行规范,因此对进入发动机的空气与燃气温差要求缺失,加上市场价格及成本等原因,目前的电控方式也难以实现各种使用条件下的最佳空燃比目标。
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