技术领域
[0001] 本
发明涉及发动机、计算机自动化控制、车辆，进一步说涉及由电子控制系统控制的燃气
涡轮发动机、燃气螺管
转子发动机及其车辆。技术背景
[0002]
现有技术的
汽车，普遍使用
燃料单一的
活塞式内燃发动机，活塞式内燃发动机的最大优点是技术成熟，最大缺点是活塞式内燃发动
机车辆对
能量的利用率低至15％左右，消耗是不可再生的石油资源，所排废气中含有大量的氮
氧化合物(NOX)、一氧化
碳CO等有害气体，已经成为危害人类身体健康的大气主要污染源。为此，现时政府无奈以达不到规定的所排废气中氮氧化合物(NOX)含量限定值为由，许多汽车用刚过6年，就称之为黄标车，被政府强行报废，出现了人类吏上最大的浪费。
[0003] 我们知道，为使发动机排气
净化，除采用三元催化转化器方式净化排气外，也可用稀薄燃烧法降低废气中氮氧化合物(NOX)含量。采用三元催化法降低有害气体的
排放量，
空燃比只能限定在15～16之间，过高不利于发动机动
力的发挥，与理论空燃比14.7相比其过量空气量只有2％～8％，产生有害气体在所难免。稀薄燃烧技术的最大特点就是燃烧效率高，经济、环保，以焰筒为
燃烧室的燃气发动机容易做到这方面。
[0004] 当燃气发动机的
压气机能提供占1/4～2/5工质流量的压缩空气进入火焰筒前部，与
喷嘴喷出来的燃油混合形成油气混合气，经点火装置点火
后燃烧，另占3/4～3/5工质流量的压缩空气从火焰筒与外套间流过，能对火焰筒壁面进行冷却时，即提供的压缩空气是过度过量时，一般用发动机全功能数字电子
控制器对燃气发动机控制运行。依靠燃烧室火焰筒的形状结构，燃烧室能做到压缩空气的分配与在火焰筒内稀薄燃烧，故无需控制空燃比，所以飞机发动机在突然关小
油门或增大油门时，会出现混合气过稀或过浓正常现象。显然，当燃气发动机压气机提供工质流量的压缩空气(忽略燃料
质量)达不到过度过量时，还用发动机全功能数字电子控制器对燃气发动机控制运行，燃气发动机空燃比依靠人为操作控制，使所排废气中的氮氧化合物(NOX)含量难以符合限定值。
[0005] 为提高涡轮发动机效率，
专利号201410415779.3一种提高涡轮发动机效率的方法及其装置，其中发明了包括：
燃气涡轮发动机采用的提高初始状态工质
温度和压力方法，还包括用螺管转子代替涡轮转子，将涡轮发动机制造成燃气螺管
转子发动机，使流动工质在螺管转子螺管内的流动方向发生连续的改变，转换流动工质所具有的能量为机械功输出动力。
[0006] 上述专利还意外寻找到一种最大输出功率小于1000千瓦，它要求压缩空气工质流量可以小，能工作于汽车发动机经常变的工作状态和能提供足够大的输出
扭矩，能用作汽车发动机的螺管转子发动机。该发动机用螺管转子代替涡轮转子，螺管转子螺管入口端套入一杯形状物体的杯口中，杯形状物体的杯底与
转轴前
轴承密封转动连接，杯形状物体的杯口与螺管转子螺管入口端旋转体表面密封转动连接，杯形状物体固定在外机匣上与内机匣构成一个燃烧室，外置的压气机装置与转轴动力连接还与燃烧室气连接构成
燃气发生器。因为相同功率下螺管转子轴向结构相对多级涡轮短，容纳不成问题；又因为输出功率在几十到几百千瓦以下的燃气螺管转子发动机能输出强劲的扭矩，能省力轻松驱动负载，燃气螺管转子发动机又能用外置的变容积式压气机装置为它提供压缩空气，它们的输出扭矩带宽能达到0～最大值
牛顿米，能适应不同路况的车辆行驶要求。
[0007] 为使燃气发动机能输出尽可能大的动力功率，尽可能减少压气机消耗的功率，即减少对压缩空气的需求量。专利号201410555682.2一种提高燃气发动机动力输出功率的方法，发明了把燃气涡轮发动机、燃气螺管转子发动机所需的工质流量分成两部分提供，由压气机提供占1/4～2/5工质流量的压缩空气进入火焰筒前部，与喷嘴喷出来的燃油混合形成油气混合气，经点火装置点火后燃烧；另占3/4～3/5的工质流量由
水喷雾装置提供，水雾从火焰筒与外套间流过，受热
气化对火焰筒壁面进行冷却，然后进入火焰筒与高温燃气掺混，使燃气温度降低，达到涡轮和螺管转子所要求的温度。用水喷雾装置的水通过换热器去回收涡轮和螺管转子所排废气热量，提高水温。
[0008] 为解决燃气发动机燃烧室的密封，专利号201410541872.9提供了螺管转子发动机燃烧室的密封方法。
[0009] 为回收废气能量，达到节能，专利号201410588990.5提供了转换燃气发动机废
气动能为输出动力的装置。
[0010] 如何在现有研究掌握的技术
基础上，把要求工质流量小的燃气发动机发展为电控车辆发动机，是本发明要解决的问题。
发明内容
[0011] 本发明的目的：一是提供一种装有电子控制系统的燃气发动机，使燃气发动机依据燃料种类自动选择恰当的空燃比，达到各国政府规定的所排废气中氮氧化合物(NOX)含量限定值；二是提供装备电子控制燃气发动机的车辆，以解决现有车辆发动机能量利用率低，污染大的技术问题。
[0012] 为实现发明目的，本发明采用下述技术方案：
[0013] 电子控制燃气发动机，包括燃气涡轮发动机、燃气螺管转子发动机，燃气发动机13装有电子控制系统2并与
蓄电池26电连接，该电子控制系统2的输入回路与所设的压缩空气流量
传感器5、压缩空气
压力传感器3、压缩空气温度传感器4、燃烧室火焰探测传感器8、燃气
发动机转速传感器9、
开关/指令
信号1电连接，该电子控制系统2的输出回路与所设的电控燃料喷射系统10、电控
点火系统11电连接，通过存放在
电子控制单元(ECU)
存储器中各种燃料、各种工况的程序与数据，使燃气发动机13自动选择恰当的空燃比，使所排废气中的氮氧化合物(NOX)含量符合限定值。
[0014] 排气装置16上装有氧传感器14，该氧传感器14与电子控制系统2的输入回路电连接，对燃气发动机13实施闭环控制。
[0015] 燃烧室装有电控喷水系统12，电子控制系统2的输出回路与电控喷水系统12电连接，喷射占燃气工质流量3/4～3/5的水用于冷却火焰筒壁面。
[0016] 电子控制系统2控制的电控喷水系统12，至少有2个喷嘴，通过对喷嘴喷射个数和脉冲宽度的控制，实现对水喷射量的控制。
[0017] 排气装置16上装有温度传感器15，该温度传感器15与电子控制系统2的输入回路电连接，对燃气发动机13实施闭环控制。
[0018] 压气机20设有储气罐7、输出气
阀门及其开度
位置传感器6，电磁
离合器22与燃气发动机动力输出端18动力连接，电磁离合器21与压气机20动力连接，电磁离合器24与启动-发
电机25动力连接，电磁离合器21、电磁离合器22、电磁离合器24通过
节点23动力连接，输出气阀门及其开度
位置传感器6与电子控制系统2的输入回路电连接，电磁离合器21、电磁离合器22、电磁离合器24与电子控制系统2的输出回路电连接，通过对电磁离合器21、电磁离合器22、电磁离合器24不同组合通断电，实现根据燃气发动机13工况自动选择运行状态。
[0019] 电控燃料喷射系统10，至少有2个喷嘴，通过对喷嘴喷射个数和脉冲宽度的控制，实现对燃料喷射量的控制。
[0020] 电子控制燃气发动机的车辆，包括发动机，所述的发动机是电子控制燃气发动机，储气罐输出气阀门开度位置传感器与
驾驶室的
加速踏板连接，由驾驶员操纵加速踏板控制油门大小，从而控制车辆行驶。
[0021] 燃气发动机动力输出端与变速箱的动力连接是直接连接变速箱的
输入轴。
[0022] 由于采用了上述技术措施，本发明能收到下述技术效果：
[0023] 1、燃气发动机能自动选择恰当的空燃比，使所排废气中的氮氧化合物(NOX)含量能符合各国政府规定的限定值。
[0024] 2、使把要求工质流量小的燃气发动机用作汽车发动机得以实现。
[0025] 3、能解决汽车尾气对城市及环境的污染。
[0026] 4、燃气发动机结构简单没有复杂的
曲柄连杆机构，造价低，自动化程度高。
[0027] 5、能使用多种燃料作汽车燃料。
[0028] 6、以燃气发动机为动力的车辆，无论大小汽车都能取消容易出现故障的离合器。
[0029] 7、以燃气发动机为动力的车辆，车辆对能量的利用率高，环保节能，使车辆使用年限得以延长，有力遏制资源浪费及
温室气体排放。
附图说明
[0030] 附图是本发明提供用作汽车发动机使用的其中一个电子控制燃气发动机技术方案工作原理示意方
框图。
[0031] 图中，1.开关/指令信号、2.电子控制系统、3.压缩空气压力传感器、4.压缩空气温度传感器、5.压缩空气流量传感器、6.输出气阀门及其开度位置传感器、7.储气罐、8.燃烧室火焰探测传感器、9.燃气发动机
转速传感器、10.电控燃料喷射系统、11.电控点火系统、12.电控喷水系统、13.燃气发动机、14.氧传感器、15.温度传感器、16.排气装置、
17.大气、18.燃气发动机动力输出端、19.大气及空气滤清器、20.压气机、21.电磁离合器、
22.电磁离合器、23.节点、24.电磁离合器、25.启动-发电机、26.
蓄电池。
具体实施方式
[0032] 下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
[0033] 电子控制燃气发动机，包括燃气涡轮发动机、燃气螺管转子发动机，燃气发动机13装有电子控制系统2并与蓄电池26电连接，该电子控制系统2的输入回路与所设的压缩空气流量传感器5、压缩空气压力传感器3、压缩空气温度传感器4、燃烧室火焰探测传感器8、燃气发动机转速传感器9、开关/指令信号1电连接，该电子控制系统2的输出回路与所设的电控燃料喷射系统10、电控点火系统11电连接，通过存放在电子控制单元(ECU)存储器中各种燃料、各种工况的程序与数据，使燃气发动机13自动选择恰当的空燃比，使所排废气中的氮氧化合物(NOX)含量符合限定值。显然，它工作在开环控制状态。
[0034] 排气装置16上装有氧传感器14，该氧传感器14与电子控制系统2的输入回路电连接，显然对燃气发动机13实施了闭环控制。闭环控制为实时知道排气中氮氧化合物(NOX)的含量，对空燃比实时反馈修正。现有技术稀薄燃烧领域，就提供了稀薄混合比传感器和全范围空燃比传感器。
[0035] 燃烧室装有电控喷水系统12，电子控制系统2的输出回路与电控喷水系统12电连接，喷射占燃气工质流量3/4～3/5的水用于冷却火焰筒壁面。实现对喷水系统自动控制提高了喷水量的准确率和对火焰筒壁面冷却的可靠性。减少压缩空气的需求量，提高输出功率外，更有利于缩小压气机功率和产气量，使燃气发动机能用如滑片式变容积式压气机为之供气得以实现，为把燃气发动机发展为车辆发动机提供技术
支撑。
[0036] 电子控制系统2控制的电控喷水系统12，至少有2个喷嘴，通过对喷嘴喷射个数和脉冲宽度的控制，实现对水喷射量的控制。这个方式可以在不减低水压力下进行，容易实现。
[0037] 排气装置16上装有温度传感器15，该温度传感器15与电子控制系统2的输入回路电连接，对燃气发动机13实施闭环控制。是对发动机的运行状况提供温度反馈信息，以修正运行参数。
[0038] 压气机20设有储气罐7、输出气阀门及其开度位置传感器6，电磁离合器22与燃气发动机动力输出端18动力连接，电磁离合器21与压气机20动力连接，电磁离合器24与启动-发电机25动力连接，电磁离合器21、电磁离合器22、电磁离合器24通过节点23动力连接，输出气阀门及其开度位置传感器6与电子控制系统2的输入回路电连接，电磁离合器21、电磁离合器22、电磁离合器24与电子控制系统2的输出回路电连接，通过对电磁离合器21、电磁离合器22、电磁离合器24不同组合通断电，实现根据燃气发动机13工况自动选择运行状态。
[0039] 从附图可以看到，本发明是把储气罐7的压缩空气设定在某工作压力范围值内，向燃烧室提供高压压缩空气，让火焰筒等压加
热压缩空气和或水
蒸汽来工作的。工作压力值应尽可能高，有利于提高经济性。
[0040] 从附图可以看到，大气及空气滤清器19——压气机20——压气机的储气罐7——压缩空气流量传感器5——输出气阀门及其开度位置传感器6——燃气发动机13——排气装置16——大气17，顺序连接构成了以燃气为工质的
热力循环。本发明就是用电子控制系统控制这个能量转换装置，使它能用作汽车发动机。只要能加热压缩空气这个工质的，该能量转换装置都能转换其能量为输出功，所以，本发明的燃气发动机能使用多种燃料。
[0041] 通过对电磁离合器21、电磁离合器22、电磁离合器24不同组合通断电，能实现根据燃气发动机13工况自动选择运行状态。具体执行过程如下：
[0042] 由于储气罐7的容积有限，当其压力升到设定压力值时，如让燃气发动机输出动力继续驱动压气机为其充气，虽储气罐自带的稳压阀能防止超压，但会消耗发动机输出功率造成浪费。这时只要把电磁离合器21断电即可。
[0043] 如蓄电池充电已满，还让燃气发动机输出动力继续驱动启动-发电机为蓄电池充电，对蓄电池和启动-发电机是一种伤害，也会消耗发动机输出功率造成浪费。这时只要把电磁离合器24断电即可。
[0044] 如无需驱动压气机充气和启动-发电机发电，这时只要把电磁离合器22断电即可。
[0045] 如只需启动-发电机发电，这时只要电磁离合器22、电磁离合器24得电吸合，电磁离合器21断电释放即可。
[0046] 如只需压气机充气，这时只要电磁离合器22、电磁离合器21得电吸合，电磁离合器24断电释放即可。
[0047] 燃气发动机起动时，需启动-发电机25输出动力驱动压气机20为储气罐7充气，为减轻负荷，需要启动-发电机25输出动力断开与燃气发动机动力输出端18连接。这时只要电磁离合器21、电磁离合器24得电吸合，电磁离合器22断电释放即可。
[0048] 当需要启动-发电机25输出动力驱动燃气发动机，或助燃气发动机一臂之力时，这时只要电磁离合器22、电磁离合器24得电吸合，电磁离合器21断电释放即可。
[0049] 电控燃料喷射系统10，至少有2个喷嘴，通过对喷嘴喷射个数和脉冲宽度的控制，实现对燃料喷射量的控制。这个方式可以在不减低燃料压力下进行，容易实现。
[0050] 电子控制燃气发动机的车辆，包括发动机，所述的发动机是电子控制燃气发动机，储气罐输出气阀门开度位置传感器与驾驶室的加速踏板连接，由驾驶员操纵加速踏板控制油门大小，从而控制车辆行驶。燃气发动机的安装，同样把发动机固定在车架上，动力输出端与变速箱动力连接，接上排气装置的消声器，动力输出前后两端轴都可以。驾驶员操纵的加速踏板实际是位置传感器，这里控制油门大小其实是控制释放压缩空气量大小，已交由计算机控制。所以电子控制燃气发动机的车辆只会减少驾驶员操作量，而不会影响人们的驾驶习惯。
[0051] 燃气发动机动力输出端与变速箱的动力连接是直接连接变速箱的输入轴。因为动力输出的有无取决于是否释放了压缩空气，已起到动力分离和无断传动功能，所以无需再使用容易出现故障的离合器了。
