CN107905919A - 一种缸外喷水的天然气发动机 - Google Patents

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邓俊
吴志军
江浪
康哲
胡宗杰
李理光
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Abstract

本发明涉及一种缸外喷水的天然气发动机，该天然气发动机包括天然气发动机主体、设置在天然气发动机主体上的进气总管以及与进气总管相连通的缸外喷水机构，所述的天然气发动机主体包括天然气发动机机体、多个并列设置在天然气发动机机体上的气缸、设置在气缸上的火花塞以及与气缸的内部相连通的天然气喷射阀，所述的进气总管与气缸之间设有进气歧管，并通过进气歧管与气缸的内部相连通。与现有技术相比，本发明通过向进气总管内喷水，将水引入气缸内，能够降低进气温度，提高充气效率，进而提高天然气发动机的热效率及升功率；有效抑制NOx的形成，降低NOx排放，节能环保；降低排气温度，保护排气部件。

Description

一种缸外喷水的天然气发动机
技术领域
本发明属于天然气发动机技术领域，涉及一种缸外喷水的天然气发动机。
背景技术
天然气主要由甲烷和少量乙烷、丙烷、氮等组成，具有资源丰富、价格低廉等优点，被普遍认为是一种非常具有发展前景的燃料。天然气发动机是以天然气作为燃料的发动机，现有的天然气发动机大都是由柴油机或汽油机改造而来，已应用在一些新能源汽车上。
随着能源与环境问题的日益严峻，天然气发动机的污染排放问题也越来越紧迫，节能减排成为了天然气发动机的研究方向之一。天然气发动机在工作时，会产生大量热量，造成天然气发动机过热，导致进入气缸内的空气因温度过高而体积膨胀，减少了进入气缸的空气量，进而导致充气效率降低，影响了天然气发动机的热效率。同时，天然气发动机的排气温度也往往较高，长时间的高温环境会对排气部件造成不可逆的破坏。此外，天然气发动机的稀燃会导致氮氧化物(NOx)的排放量增加，对环境造成了严重污染。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种热效率高且节能环保的缸外喷水的天然气发动机。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种缸外喷水的天然气发动机，该天然气发动机包括天然气发动机主体、设置在天然气发动机主体上的进气总管以及与进气总管相连通的缸外喷水机构，所述的天然气发动机主体包括天然气发动机机体、多个并列设置在天然气发动机机体上的气缸、设置在气缸上的火花塞以及与气缸的内部相连通的天然气喷射阀，所述的进气总管与气缸之间设有进气歧管，并通过进气歧管与气缸的内部相连通。缸外喷水机构中的水进入进气总管内，与空气混合后分别经各个进气歧管进入相应的气缸内。通过将水喷入进气总管内，之后引入气缸内，不仅能够降低进气温度，增加进入气缸内的空气量，而且水在气缸内的蒸发能够吸收缸内热量，进一步降低缸内温度，进而有效抑制NOx的形成。同时，引入的水也降低了排气温度。
所述的缸外喷水机构包括储水箱、与储水箱相连通的喷水器以及与喷水器电连接的控制器，所述的喷水器与进气总管相连通。在控制器的控制下，储水箱中的水经喷水器进入进气总管内。
所述的喷水器固定设置在进气总管上，并且所述的喷水器的喷嘴位于进气总管内。喷嘴能够保证喷水器中喷出的水与进气总管内的空气快速混合均匀。喷水器中的水通过喷嘴直接喷入进气总管内，与空气混合后分别进入天然气发动机主体的各个气缸中。采用直接将水喷入进气总管的方式，使天然气发动机机体无论包含几个气缸，都只需要一个喷水器即可，而毋需在每个气缸处增加一个喷水器，因而大大节省了成本。
所述的储水箱与喷水器之间设有水泵，该水泵与控制器电连接。在控制器的控制下，水泵将储水箱中的水加压后，送入喷水器中。水泵既可由电机驱动，也可以直接设置在天然气发动机主体上，由传动机构(如正时皮带)驱动。
所述的水泵与喷水器之间设有稳压阀。稳压阀能够对水压进行控制，使水压处于合适的范围内，保证工作稳定性。
所述的稳压阀上设有溢流管，该溢流管上设有溢流阀，所述的溢流管与储水箱的内部相连通。对稳压阀设定一个恒定的压力后，输出的水压便不会变化，若稳压阀内水压过高，溢流阀开启，多余的水便经溢流管流回至储水箱中，既能够起到快速稳定水压的作用，同时还能避免水的浪费。
所述的储水箱内设有过滤器，该过滤器与水泵相连通。储水箱内的水经过滤器过滤后，进入水泵中。
所述的储水箱内设有液位传感器，该液位传感器与控制器电连接。液位传感器实时监测储水箱中的液位，判断剩余水量，并即时反馈至控制器，当储水箱中的液位低于预设值时，将进行报警，以提示需要补充水，避免出现储水不足的情况。
所述的天然气发动机主体上设有转速传感器，该转速传感器与控制器电连接。转速传感器能够实时监测天然气发动机的转速，并将数据反馈至控制器中。
所述的进气总管内设有压力传感器，该压力传感器与控制器电连接。压力传感器能够实时监测进气压力，并将数据反馈至控制器中。
本发明中，各零部件可集成在天然气发动机机体上，以减小整体的占用空间。
本发明在实际应用时，控制器实时采集天然气发动机主体的转速、进气压力等数据，以判断天然气发动机的当前工况：若不需要喷水，则进行下一轮数据采集；若需要喷水，控制器自动计算所需要的喷水量和喷水时刻，然后向喷水器发出指令，使喷水器在相应时刻向进气总管内喷入相应量的水，之后控制器进行下一轮数据采集。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1)通过向进气总管内喷水，并将水引入气缸内，能够降低进气温度，提高进气密度，增加进入气缸内的空气量，提高充气效率，进而提高天然气发动机的热效率及升功率；引入气缸中的水还能够吸收气缸内的热量，进一步降低气缸内温度，以有效抑制NOx的形成，降低NOx排放，节能环保；引入的水也能够降低排气温度，从而可以在高负荷和高转速情况下，有效保护排气部件；
2)直接将水喷入进气总管，既便于对喷水量进行单独调节，灵活性好，同时能够避免进气歧管内喷水或直接缸内喷水会因喷水器数量增加而导致成本过高的弊端，且本发明毋需对天然气发动机主体做出过多改动，便于对现有天然气发动机进行简单快速改造，适用范围广；
3)通过控制器对天然气发动机进行实时监测与控制，以调节喷水时刻及喷水量，并使喷水量与天然气发动机的负荷相适配，进而提高天然气发动机的热效率。
附图说明
图1为实施例1中天然气发动机的整体结构示意图；
图2为实施例1中天然气发动机的控制流程图；
图中标记说明：
1—储水箱、2—过滤器、3—水泵、4—稳压阀、5—喷水器、6—液位传感器、7—控制器、8—天然气喷射阀、9—火花塞、10—天然气发动机机体、11—进气总管、12—气缸、13—进气歧管、14—喷嘴、15—溢流管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
如图1所示的一种缸外喷水的天然气发动机，该天然气发动机包括天然气发动机主体、设置在天然气发动机主体上的进气总管11以及与进气总管11相连通的缸外喷水机构，天然气发动机主体包括天然气发动机机体10、4个并列设置在天然气发动机机体10上的气缸12、设置在气缸12上的火花塞9以及与气缸12的内部相连通的天然气喷射阀8，进气总管11与气缸12之间设有进气歧管13，并通过进气歧管13与气缸12的内部相连通。
其中，缸外喷水机构包括储水箱1、与储水箱1相连通的喷水器5以及与喷水器5电连接的控制器7，喷水器5与进气总管11相连通。喷水器5固定设置在进气总管11上，并且喷水器5的喷嘴14位于进气总管11内。储水箱1与喷水器5之间设有水泵3，该水泵3与控制器7电连接。水泵3与喷水器5之间设有稳压阀4。稳压阀4上设有溢流管15，该溢流管15上设有溢流阀，溢流管15与储水箱1的内部相连通。储水箱1内设有过滤器2，该过滤器2与水泵3相连通。储水箱1内设有液位传感器6，该液位传感器6与控制器7电连接。
天然气发动机主体上设有转速传感器，该转速传感器与控制器7电连接。进气总管11内设有压力传感器，该压力传感器与控制器7电连接。
如图2所示，在实际应用时，控制器7实时采集天然气发动机主体的转速、进气压力等数据，以判断天然气发动机的当前工况：若不需要喷水，则进行下一轮数据采集；若需要喷水，控制器7自动计算所需要的喷水量和喷水时刻，然后向喷水器5发出指令，使喷水器5在相应时刻向进气总管11内喷入相应量的水，之后控制器7进行下一轮数据采集。
实施例2：
本实施例中，天然气发动机主体包括6个并列设置在天然气发动机机体10上的气缸12，其余同实施例1。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种缸外喷水的天然气发动机，其特征在于，该天然气发动机包括天然气发动机主体、设置在天然气发动机主体上的进气总管(11)以及与进气总管(11)相连通的缸外喷水机构，所述的天然气发动机主体包括天然气发动机机体(10)、多个并列设置在天然气发动机机体(10)上的气缸(12)、设置在气缸(12)上的火花塞(9)以及与气缸(12)的内部相连通的天然气喷射阀(8)，所述的进气总管(11)与气缸(12)之间设有进气歧管(13)，并通过进气歧管(13)与气缸(12)的内部相连通。
2.根据权利要求1所述的一种缸外喷水的天然气发动机，其特征在于，所述的缸外喷水机构包括储水箱(1)、与储水箱(1)相连通的喷水器(5)以及与喷水器(5)电连接的控制器(7)，所述的喷水器(5)与进气总管(11)相连通。
3.根据权利要求2所述的一种缸外喷水的天然气发动机，其特征在于，所述的喷水器(5)固定设置在进气总管(11)上，并且所述的喷水器(5)的喷嘴(14)位于进气总管(11)内。
4.根据权利要求2所述的一种缸外喷水的天然气发动机，其特征在于，所述的储水箱(1)与喷水器(5)之间设有水泵(3)，该水泵(3)与控制器(7)电连接。
5.根据权利要求4所述的一种缸外喷水的天然气发动机，其特征在于，所述的水泵(3)与喷水器(5)之间设有稳压阀(4)。
6.根据权利要求5所述的一种缸外喷水的天然气发动机，其特征在于，所述的稳压阀(4)上设有溢流管(15)，该溢流管(15)上设有溢流阀，所述的溢流管(15)与储水箱(1)的内部相连通。
7.根据权利要求4所述的一种缸外喷水的天然气发动机，其特征在于，所述的储水箱(1)内设有过滤器(2)，该过滤器(2)与水泵(3)相连通。
8.根据权利要求2所述的一种缸外喷水的天然气发动机，其特征在于，所述的储水箱(1)内设有液位传感器(6)，该液位传感器(6)与控制器(7)电连接。
9.根据权利要求2所述的一种缸外喷水的天然气发动机，其特征在于，所述的天然气发动机主体上设有转速传感器，该转速传感器与控制器(7)电连接。
10.根据权利要求2所述的一种缸外喷水的天然气发动机，其特征在于，所述的进气总管(11)内设有压力传感器，该压力传感器与控制器(7)电连接。
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