逼近最佳空燃比的方法及装置

摘要

本发明公开了一种逼近最佳空燃比的方法及装置，该方法包括根据不同的气体种类确定初步空燃比范围，还包括以下步骤：(A)用下式表示空燃比即空气与燃气的孔数比：B

说明书

一、技术领域

本发明涉及预混合式气体燃料发动机的空燃比，特别涉及一种逼近最佳空燃比的方法及装置。

二、背景技术

目前预混合式气体发动机调节空燃比的方法及装置主要使用膜片式混合器或文丘里管式混合器进行调节。膜片式的主要是通过调压器调节进气压力来进行空燃比的调节，其存在的问题是发动机工作时空燃比的变化幅度较大，对于不同品种的燃气调节适应性较差；文丘里管式的混合器主要是通过选择喉管尺寸大小或改变喉管处的真空度来改变空燃比的大小，但性能指标也不是理想的，因此，上述两种通用的方法和装置不能满足现代燃气发动机的应用现状和前景。

三、发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种逼近最佳空燃比的方法及装置，它可以克服上述现有技术中存在的缺点或不足而适应和满足现代燃气发动机的使用现状和使用前景。

本发明解决问题的技术方案是一种逼近最佳空燃比的方法，它包括根据不同种类气体的理论空燃比，初步确定空燃比范围，如甲烷气体，其理论空燃比为9.5，而实际使用中一般为12-18。为此，还包括以下步骤：

(A)将空燃比定义为空气与燃气的孔数比关系，有如下表示式

$>>>B>kr>>=>C>·>>a>b>>·>>>>>P>k>>->>P>h>>>>>P>r>>->>P>h>>>>>>>$

该公式的推导为：

$>>Qk>=>uk>·>a>·>F>·>>2>g>>(>>P>k>>->>P>h>>)>>/>>\gamma >k>>>->->->>(>1>)>>>>$

$>>Qr>=>>u>r>>·>b>·>F>·>>2>g>>(>Pr>->>P>h>>)>>/>>\gamma >r>>>->->->>(>2>)>>>>$

由(1)、(2)式：

$>>>B>kr>>=>>>u>k>>>u>r>>>·>>>>\gamma >r>>>\gamma >k>>>>·>>a>b>>·>>>>(>>P>k>>->>P>h>>)>>>(>>P>r>>->>P>h>>)>>>>->->->>(>3>)>>>>$

对于工程精度，本文中可以认为是1或常数

令 $>>>>>\gamma >r>>>\gamma >k>>>>=>C>>>得：$

$>>>B>kr>>=>C>·>>a>b>>·>>>>(>>P>k>>->>P>h>>)>>>>(>>P>r>>->>P>h>>)>>>>>->->->>(>4>)>>>>$

令 $>>>>>>P>k>>->>P>h>>>>>P>r>>->>P>h>>>>>=>\beta >,>>>则(4)式为：$

$>>>B>kr>>=>C>·>\beta >·>>a>b>>->->->>(>5>)>>>>$

式中：Qk-空气体积流量

      Qr-燃气体积流量

      F-单个孔的截面积

      g-重力加速度

      γ_k-空气重度

      γ_r-燃气重度

      a-空气孔数

      b-燃气孔数

      u_k-空气孔流量系数

      u_r-燃气孔流量系数

      C-常数

β-孔数比修正系数

P_k-空气压力

P_r-燃气压力

P_h-空气燃气混合压力

由(4)式可见，在a、b、C一定的情况下B_kr只是P_k、P_r和P_h的函数。

(B)根据初步确定的空燃比范围确定方法及装置的孔数比，也即空气孔与

燃气孔的孔数比a∶b。

(C)采用一种具有空气和燃气孔数成一定比例的专用装置，使空气孔和燃气孔的几何形状、大小、加工精度完全相同，确保其流量系数相同或其比值为常数。

(D)采用所述专用装置进行发动机测试，求出最佳孔数比：

①当P_k＝P_r时，发动机呈现最佳运转技术状态时，初选孔数比a/b即为最佳孔数比；

②当a/b不为最佳孔数比时，调整进燃气压力P_r，使发动机达到最佳运转技术状态，并记录P_k、P_r和P_h值；

③根据公式(4)，令 $>>>>(>>P>k>>->>P>h>>/>>P>r>>->>P>h>>)>>>1>2>>>=>\beta >,>>>将上述记录的P$_k、P_r和P_h代入该式，即得出孔数比修正系数，再令a′/b＝βa/b，修正空气孔的数量。

④当发动机使用修正后的孔数比，在P_k＝P_r时，观察发动机是否处于最佳运转技术状态，若否，可进一步进行递进式调整，重复进行上述修正过程，最终可得到最佳孔数比。发动机使用具有最佳孔数比的专用装置，将得到逼近的最佳空燃比。

其中，所述(C)步骤中，空气和燃气孔的几何形状为圆形、椭圆形、矩形、菱形或其它任何规则或不规则形状。

其中，所述(D)步骤中，当得到修正后的最佳孔数比后，在P_k＝P_r时，得到最佳空燃比；有目的的调整P_r，使P_k≠P_r，让发动机出现爆震、失火或排放异常等现象，分别记录此时的P_k、P_r和P_h，可作为制定技术规程的依据。

其中，利用所述专用装置的燃气补气孔补充发动机在怠速时，最佳空燃比所需的燃气量。

其中，采用所述专用装置的空气补气孔，对柴油一燃气双燃料发动机使用最佳空燃比所需的空气量进行补充。

本发明解决技术问题的技术方案还为一种逼近最佳空燃比的专用装置，包括进气盖、空气腔、空气孔、燃气腔、燃气孔和混合腔，还包括一个设有所述混合腔的中间体；一个安装于所述中间体和进气盖之间的、其上设置燃气孔和空气孔的孔板；与所述中间体相连接的节流阀，位于孔板之后，发动机吸气道之前。

其中，所述燃气孔和空气孔的大小、形状，加工精度，选材完全相同，其孔数成比例。

其中，所述燃气补气孔设置于阀板上部，进气量的大小可以调节。

根据上述原理，该专用装置上还设有柴油一燃气双燃料发动机所需的空气补气孔，该孔设置于阀板下部。

当用于汽油燃气两用燃料发动机时，可以与化油器共用一个节流阀。

当该装置用于柴油一燃气双燃料发动机时，也可以不设空气补气孔，而根据引燃油量的比例增加装置中的空气孔数量，使之能在标定负荷时使用最佳空燃比，另外设燃气补气孔使之在怠速及中小负荷时也使用最佳空燃比。

本发明与现有技术相比具有以下优点或有益效果：

1、由于将多因素影响的空燃比简化为单因素的压力关系和孔数比关系，使发动机在最佳经济技术状态下工作，优化了发动机的燃烧状况，从而提高发动机的工作效率，节约燃料。

2、提供了一种达到最佳空燃比的途径。

3、提供了一种逼近最佳空燃比的实施装置，而改变孔数比的零部件为可易于更换的孔板，以适应不同品种的燃气。

4、使用最佳空燃比，使发动机的燃烧更趋完善，使其排放的有害物质大大减少，有利于环境保护。

四、附图说明

图1为本发明一种具有燃气补气孔的专用装置结构示意图；

图2为图1的一种具有空气补气孔专用装置的结构示意图。

五、具体实施方式

一种逼近最佳空燃比的方法，包括根据不同种类可燃气体初步确定空燃比的范围，如CH₄气体的理论空燃比为9.5∶1，实际使用的空燃比数为12～18，在使用本方法时，先初步确定一个空燃比，例如，这里取13∶1。

以下实施步骤为：

(A)根据以上所取的空燃比13∶1，确定孔数比，由公式Bkr可知，当P_k＝P_r时，有 $>>>B>kr>>=>C>·>>a>b>>,>>>其中$ >>C>=>>>>\gamma >r>>>\gamma >k>>>>,>>>查得\gamma $$_r＝7.0N/m³，γ_k＝12.68N/m³，所以

$>>C>=>>>7.0>12.68>>>=>0.743>,>>>$

那么 $>>>a>b>>=>>>B>kr>>C>>=>>13>0.743>>=>17.5>,>>>这里取17:1$

(B)确定孔数比为17∶1，即空气孔为17个，燃气孔为1个。

(C)用一种专用装置，该装置具有17个空气孔和1个燃气孔，这些孔的几何形状、大小、尺寸，制造精度都相同。

(D)使用专用装置进行发动机测试，求出最佳孔数比；当P_k＝P_r时，若发动机可以达到最佳运转技术状态，则孔数比17∶1，即是最佳孔数比；若发动机不能达到最佳运转技术状态，那就调整燃气进气压力P_r，使发动机达到最佳状态，记录下此时的P_k、P_r、P_h；

例如此时，P_k＝755mmHg  P_r＝749mmHg  P_h＝725mmHg

代入公式 $>>\beta >=>>>>>P>k>>->>P>h>>>>>P>r>>->>P>h>>>>>=>>>>755>->725>>>749>->725>>>>=>1.118>>>$

令 $>>>>a>\prime >>b>>=>>a>b>>·>\beta >=>17>\times >1.118>=>19>>>$

得到修正后的孔数比为19∶1，把装置的孔数比由17∶1改为19∶1。发动机使用孔数比为19∶1的专用装置，可以得到逼近的最佳空燃比。

对于其他任何种类的燃气，也依照上述方法实施。

参看图1和图2，一种逼近最佳空燃比的装置，包括进气盖1、空气腔15、空气孔13、燃气腔14、燃气孔12和混合腔11，还包括一个设有所述混合腔11的中间体4，其上设有空气孔13和燃气孔12的孔板2；与中间体4相连接的节流阀，该阀为通用的蝶阀形式，包括阀体7、阀轴9、阀板8和螺栓10，阀板8和阀轴9安装在阀体7中，阀板8由螺栓固定在阀轴9上，该阀的另一端与发动机吸气道连接。

孔板2为圆盘状结构，中心设置燃气孔12，燃气孔12圆周布设成比例的空气孔13，该实施例的空气孔13的孔数为19，燃气孔孔数为1，是以CH₄气体为例的孔数比。

燃气补气孔16一端连接在燃气腔14上，沿装置外壁贯通至阀体7上，阀板8关闭时的上部，由螺钉螺母5、6控制其进气量的大小。

本发明的专用装置，设有连通于空气腔15和阀板8下部的空气补气孔3，该补气孔3由螺钉螺母5、6控制其进气量。必要时，可使用和节流阀联动的调节方式，满足全程空燃比的需要。