[实用新型]燃气、空气分路、分时、缸内直喷进气气体发动机

说明书

（一）      技术领域

    本发明涉及燃气发动机领域，特别涉及一种燃气、空气分路、分时、缸内直喷进气气体发动机。

（二）      背景技术

    众所周知，燃气发动机是由可燃混合气在汽缸内由火花塞点燃后爆发作功，推动活塞上下运动，进而带动曲轴作旋转运动从而把热能转变为机械能，而可燃混合气的形成目前存在两种方式：

1.外混式：如Z12V190T型12缸天然气发动机即由专用混合器在进气管之前将可燃气与空气按比例混合（体积比15:1~20:1）之后进入进气管，然后按每缸进气门打开，活塞下行之后，可燃混合气进入汽缸内，再由活塞上行压缩可燃混合气，由火花塞点燃后推动活塞下行作功，这种混合方式称为外混式。它存在以下几个问题：

①   耗气量高：因进气管内都是可燃性混合气，各汽缸在扫气时（即进、排气门同时打开，新鲜空气由进气管直接通过进、排气门降温），可燃混合气直接进入到排气管中，因这部分气体不参与作功，所以直接导致浪费。

②   排气温度过高：参与扫气的可燃混合气在进入到排气管内后，被汽缸内排出的高温废气点燃进而导致排气温度过高（通常外混燃气发动机排温都在630°C以上），因排气温度过高导致排气门工作环境恶劣，大大减少排气门的工作寿命，同时增加了燃气发动机的故障。 

③   易造成进气管放炮：因进气管内充满可燃混合气，在汽缸内进气门磨损漏气后，缸内点燃爆发后的火焰通过漏气的进气门点燃整个进气管内的可燃混合气，造成进气管放炮，其后果是轻则损坏相关的元器件，如：混合器等，重则造成人身事故。 

2.气道喷射式（国外简称MPI）：这种方式的可燃混合气在进汽缸之前，其燃气和空气是在进气门附近混合，进气门打开，活塞下行后可燃气和空气同时通过进气门，进入到汽缸内，之后活塞上行压缩可燃混合气后由火花塞点燃，推动活塞下行之后经由连杆带动曲轴转动，将热能变为机械能，此种方式即称为气道喷射式。燃气发动机气道喷射式与外混式相比具有以下优点： 

①   降低耗气量：因汽缸扫气时是由新鲜空气来完成的扫气任务的，所以解决了部分可燃混合气直接进入到排气管中，不能参加作功而被直接烧掉的问题，通常气道喷射式比外混机燃气消耗至少节省10%以上。

②   排气温度低：因避免了部分可燃混合气在排气管内的燃烧，所以大幅降低了排气温度，通常气道喷射式比外混机排气温度低80°C以上，进而改变了排气门的工作环境，提高了排气门的使用寿命，进而提高了燃气发动机的可靠性。以Z12V190T型燃气发动机为例，通常排气门的使用寿命比外混机延长1倍。 

③   消除了进气管放炮的故障隐患：因气道喷射式进气管内已基本无可燃混合气，即使进气门磨损造成漏气，缸内火焰也不会点燃进气管内的空气，从而避免了进气管放炮所造成的事故。 

3.目前世界上的气道喷射式发动机有两种： 

①   电磁喷射式：它是由模拟电路或数字电路控制板发出电信号，由电磁喷射阀接受电信号后，根据信号量的多少及时间早晚，向进气道进气门附近直接喷射一定量的可燃气体，燃气与空气均通过进气门直接进入到汽缸内，形成可燃混合气，经活塞上行压缩后，由火花塞点燃后推动活塞下行进而带动曲轴转动将热能转变成机械能；美国卡特皮勒公司采用此类型式的燃气发动机，其原理与目前汽车所用的电子喷射发动机相类似，但是这种气道喷射式在实际使用当中存在如下问题：

A.  电信号控制抗干扰能力差，稳定性不如外混式；

B.  电磁阀对可燃气体洁净度要求较高，如果使用的是干燥、洁净的天然气问题不大，但使用焦炉煤气、油井伴生气、垃圾生成气、瓦斯气等杂质、焦油、清油、水量较大时，电磁喷射阀就不能正常工作；

C.  燃气喷射量的问题因受电磁信号及电磁喷射阀控制功率的限制，电磁喷射阀不能做的过大，即燃气喷射量有限，这样就限制了大型燃气发动机采用此种方式的可能，同时也限制了像低浓度的瓦斯气、焦炉煤气、矿石裂解气、垃圾生成气采用此种方式的可能。

②   进气道内安装凸轮轴及小气门喷射方式：将可燃气经由进气管内凸轮轴控制通过燃气管道、小气门、喷管将燃气喷射到每个汽缸的进气门附近，经由进气门进入到汽缸内，在进气门附近，空气也与燃气同时带入汽缸，活塞上行压缩后点燃爆发，推动活塞下行，进而带动曲轴转动，将热能转变为机械能，美国库珀公司采用此种结构方式，该方式存在如下问题：