[实用新型]可适应大范围甲烷浓度变化的燃气发动机混合气控制装置

说明书

本实用新型公开了一种可适应大范围甲烷浓度变化的燃气发动机混合气控制装置，该燃气发动机混合气控制装置包括：文丘里式电控混合器、宽域氧传感器、监测仪表和甲烷浓度电位计；宽域氧传感器设置在排气管上，用于测量尾气的实际空燃比，监测仪表与甲烷浓度电位计相连接，监测仪表用于实时显示所测量的实际空燃比，宽域氧传感器、监测仪表、甲烷浓度电位计分别与发动机ECU电连接；发动机ECU能够根据宽域氧传感器测量的实际空燃比与设定的目标空燃比进行比对，来调整文丘里式电控混合器的开度，以实现混合气浓度的闭环控制。本实用新型能够实现全工况范围内的空燃比闭环控制及空燃比显示。

技术领域

本实用新型是关于发动机技术领域，特别是关于一种可适应大范围甲烷浓度变化的燃气发动机混合气控制装置。

背景技术

近年来，随着国家对绿色能源大力倡导，“变废为宝”的沼气工程、垃圾填埋气工程等得到很大的发展。沼气(垃圾填埋气)是通过将动物粪便(垃圾)进行发酵得到，其成分受环境、原料以及发酵装置的影响非常大。该气源成份相当复杂并且各个组分的含量不稳定，其主要为甲烷(CH₄体积含量约占30％～70％)；其次是二氧化碳(CO₂，体积含量约占20％～50％)；另外还有少量硫化氢(H₂S)、氮气(N₂)、氧气(O₂)、一氧化碳(CO)、水蒸气等等约占10％左右。

燃气发动机作为一种灵活高效的能量转换装置受到了养殖场和垃圾填埋厂的青睐。燃气发动机利用沼气或者垃圾填埋气等气源进行燃烧，将气源的化学能转换成机械能，然后再将机械能传递给发电机进行发电。气源中甲烷作为主要的燃烧介质，其他成分对燃烧产生重要的影响。国外发达国家的主流技术是将气源成分进行前处理，即在气体进入发动机前进行提纯或者加浓处理，使其甲烷组分含量较高且稳定(一般在85％以上)，这样可以保证燃气发动机的启动正常和高效运行。国内的技术一般只对垃圾填埋气(沼气)进行脱硫、除水处理，并不对其进行提纯。所以就需要发动机来适应组分变化的气源，以保证发电机组的运行正常。特别是在启动阶段，发动机受气源组分的影响尤其明显。

目前国内外垃圾填埋气(沼气)发动机对混合气浓度的控制技术大体上有如下几种：

1、机械比例式混合器：该种混合器一般为膜片式，混合气的浓度与膜片结构以及混合器的燃气入口开度有关。对于一个指定的机械式比例混合器来说膜片结构已经确定，混合器的浓度受控于燃气入口开度，该开度由一个螺母旋钮通过人为手动的方式调节。不同的工况需要不同的开度来控制，操作起来非常繁琐且需要一定的经验。图1为机械比例式混合器的系统原理图，当发动机需要启动时，调试人员需根据当前的启动情况(是否有着火迹象)，手动调节混合器101上的螺钉102来调节混合器的开度，经过多次的调整，从而获得适合的混合气浓度，并将此开度固定住，作为下次的启动开度。同理其他工况也是类似的调整方式。但是一旦气源发生了变化就需要重新调节，且调节需要很多的经验才能完成。该技术的优点是结构简单，方便操作，成本低。但该技术存在如下缺点：自动化层度低，操作具有盲目性；不利于故障分析；混合气浓度控制精度差；膜片结果可靠性差；适应性差。