一種天然氣發動機雙路燃氣供給系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種天然氣發動機雙路燃氣供給系統，包括電控系統ECU、天然氣發動機以及用于向天然氣發動機供應混合氣的燃氣供給系統，所述燃氣供給系統包括：主混合氣供給系統和輔助混合氣供給系統；所述主混合氣供給系統和輔助混合氣供給系統的流量分別由電控系統ECU控制；本實用新型有益效果：采用改善天然氣發動機響應性的雙路燃氣供給系統，天然氣發動機在負荷突加時，輔助混合氣供給系統額外供給發動機一部分混合氣，從而克服了傳統進氣總管噴射天然氣發動機響應性慢，負荷突加時轉速降低，扭矩下降的問題，改善了然氣發動機的動力性和可靠性，提高了配置天然氣發動機動力機械的操作性。
【專利說明】一種天然氣發動機雙路燃氣供給系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及天然氣發動機的【技術領域】,尤其涉及一種改善天然氣發動機響應性的發動機雙路燃氣供給系統。
【背景技術】
[0002]天然氣是一種清潔燃料，除從天然氣氣田、油田伴生氣田采集外，還可以從油母頁巖或生物質能制取，具有來源廣泛，價格低的優點，是一種理想的內燃機替代能源。目前，包括中國在內的世界各國政府都很重視天然氣發動機的開發，以天然氣發動機作為動力的機械在國民經濟發展中扮演著越來越重要的角色。
[0003]進氣總管單點混合的火花點火天然氣發動機是目前保有量最大的天然氣發動機。車用發動機和船用發動機的氣源為壓力氣源，因此在增壓車用發動機中一般采用增壓器后單點混合的方式。單點混合天然氣發動機的優點是天然氣/空氣混合較均勻，在燃燒過程中火焰各個方向的傳播速度較均勻，燃燒室內部不會形成局部的過濃區和熱負荷過高的區域。
[0004]這種天然氣發動機的缺點是天然氣的噴射量的調整由增壓后空氣的流量決定，而增壓器的增壓能力受排氣中最大可用能的限制。發動機在負荷突加或節氣門開度突然迅速增加時，由于受增壓器響應性，進氣在進排氣系統中的響應性等方面的影響導致發動機響應差，出現轉速降低，扭矩上升緩慢等問題。導致配置這種天然氣發動機的動力車輛或船舶出現操作靈敏性低，工作不穩定等問題。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的就是為了解決上述問題，提出了一種天然氣發動機雙路燃氣供給系統，該系統克服了傳統進氣總管噴射天然氣發動機響應性慢，負荷突加時轉速降低，扭矩下降的問題，提高了配置天然氣發動機動力機械的操作性。
[0006]為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0007]一種天然氣發動機雙路燃氣供給系統，包括電控系統ECU、天然氣發動機以及用于向天然氣發動機供應混合氣的燃氣供給系統，其特征是，所述燃氣供給系統包括:主混合氣供給系統和輔助混合氣供給系統；所述主混合氣供給系統和輔助混合氣供給系統的流量分別由電控系統ECU控制；
[0008]所述主混合氣供給系統包括:天然氣存儲裝置、減壓器、穩壓器、機械熱交換器、電控噴射器及混合器通過天然氣管路依次連接；增壓器和中冷器通過空氣管路連接后接入混合器；
[0009]天然氣依次經過減壓器、穩壓器、機械熱交換器、電控噴射器進入混合器；外界空氣依次經過發動機增壓器、中冷器進入混合器與天然氣混合；
[0010]所述輔助混合氣供給系統包括:壓縮空氣存儲裝置與輔助流量控制閥通過輔助空氣管路連接后接入混合器；壓縮空氣經輔助流量控制閥進入混合器輔助增加空氣流量；
[0011]還包括:
[0012]所述混合器經電子節氣門與天然氣發動機連接，所述電控噴射器與電子節氣門分別與電控系統E⑶連接。
[0013]所述機械熱交換器與電控噴射器連接的管路上設置天然氣流量計，所述天然氣流量計與電控系統ECU連接。
[0014]所述中冷器與混合器連接的空氣管路上設置空氣流量計，所述空氣流量計與電控系統E⑶連接。
[0015]所述輔助流量控制閥與混合器連接的輔助空氣管路上設置輔助空氣流量計，所述輔助流量控制閥和輔助空氣流量計分別與電控系統ECU連接。
[0016]所述壓縮空氣存儲裝置的出口處設置空氣切斷閥。
[0017]所述天然氣發動機的排出氣體經催化后處理器排出，在所述催化后處理器的出口處設置排氣氧傳感器，所述排氣氧傳感器與電控系統ECU連接。
[0018]發動機穩定運行時，由主混合氣供給系統為發動機提供混合氣；電控系統ECU控制電控噴射器噴出的天然氣量；
[0019]發動機負荷發生變化并且與原來穩定運行時的發動機轉速相比轉速波動的值超過設定閾值時，由主混合氣供給系統和輔助混合氣供給系統共同為發動機提供混合氣；電控系統ECU采集發動機轉速的變化，控制電子節氣門開度增加，并打開輔助空氣流量控制閥，實時控制輔助混合氣供給系統的混合氣流量；
[0020]發動機轉速穩定后，輔助混合器供給系統停止工作，主混合氣供給系統繼續為發動機提供混合氣。
[0021]本實用新型的有益效果是:
[0022]本實用新型采用改善天然氣發動機響應性的雙路燃氣供給系統，天然氣發動機在負荷突加時，輔助混合氣供給系統額外供給發動機一部分混合氣，從而克服了傳統進氣總管噴射天然氣發動機響應性慢，負荷突加時轉速降低，扭矩下降的問題，改善了然氣發動機的動力性和可靠性，提高了配置天然氣發動機動力機械的操作性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為現有技術中的天然氣發動機燃氣供給系統工作示意圖；
[0024]圖2為本實用新型天然氣發動機雙路燃氣供給系統工作示意圖；
[0025]其中，201.天然氣鋼瓶，202.電控系統E⑶，203.排氣氧傳感器，204.催化后處理器，205.天然氣發動機，206.增壓器，207.中冷器，208.壓縮空氣罐，209空氣切斷閥，210.輔助空氣管路，211.空氣管路，212.輔助空氣流量控制閥，213.輔助空氣流量計，214.空氣流量計，215.電子節氣門，216.混合器，217.電控噴射器，218.天然氣流量計，219.機械熱交換器，220.穩壓器，221.天然氣管路，222.天然氣減壓器，223.天然氣切斷閥。
【具體實施方式】
:
[0026]下面結合附圖與實施例對本實用新型做進一步說明:
[0027]圖1所示為現有技術的天然氣發動機燃氣供給系統的示意圖。該天然氣發動機燃氣供給系統可以包括天然氣鋼瓶201，電控系統E⑶202，排氣氧傳感器203，催化后處理器204，天然氣發動機205，增壓器206，中冷器207，空氣管路211，空氣流量計214，電子節氣門215，混合器216，電控噴射器217，天然氣流量計218，機械熱交換器219、穩壓器220，天然氣管路221，天然氣減壓器222，天然氣切斷閥223。
[0028]首先根據圖1闡述天然氣的供給過程，發動機工作中打開天然氣切斷閥223，天然氣鋼瓶201中儲存的高壓天然氣經天然氣減壓器222減壓后達到設計壓力，從天然氣管路221流入穩壓器220，對天然氣進行穩壓，保持工作過程中壓力的穩定，再進入機械熱交換器219對天然氣的溫度進行粗略調整，然后流入電控噴射器217，電控系統E⑶202根據發動機的運轉情況和空氣流量計214測量的空氣流量計算天然氣噴射量，噴射的天然氣在混合器216中和空氣混合，經電子節氣門215，流入天然氣發動機205中燃燒做功，為車輛提供動力，天然氣發動機205燃燒的廢氣進入后處理系統204中進行進一步處理，排入大氣中。空氣的供給過程為經混合氣在天然氣發動機205燃燒做功后，進入排氣管，排氣具有一定的可用能，這部分可用能在增壓器206的渦輪中對渦輪葉輪做功，帶動增壓器206的壓氣機對空氣做功，空氣的壓力、溫度升高，增壓后的空氣經中冷器207冷卻后，通過空氣管路211進入混合器216和噴射的天然氣混合。
[0029]本實用新型專利以負荷突加為例描述天然氣發動機的響應過程。天然氣發動機為預混燃燒，其功率和轉速的調節過程屬于量調節，在進氣過程中天然氣發動機的電控單元ECU202控制電控噴射器217向混合器噴射天然氣。當負荷突加時使得天然氣發動機205的轉速降低，根據反饋的作用，電控系統ECU202應該增加天然氣的噴射量，以提高發動機的對外做功能力，使轉速回升到給定轉速。
[0030]根據該現有技術的天然氣發動機燃氣供給系統，電控系統ECU202計算的噴射量由空氣流量和MAP控制，MAP已經預先標定好，空氣流量受電子節氣門215的開度和增壓器206的增壓能力控制。電控系統ECU采集到反饋信息后，空氣流量的增加受到增壓器206的響應性、電子節氣門215開度的響應性的影響，其中電子節氣門215由電控系統ECU直接控制響應較快，增壓器206的增壓能力受進氣、燃燒、排氣的影響響應較慢。另外，空氣增壓后還需要流經較長的管路才能到混合器216前段。造成電控系統ECU接受到反饋信息要經過較長的時間才能對天然氣的噴射量進行調節，發動機的動態響應性較慢。
[0031]本實用新型天然氣發動機雙路燃氣供給系統如圖2所示，天然氣發動機的燃氣供給系統采用主混合氣供給系統和輔助混合氣供給系統耦合工作的方式，主混合氣供給系統在發動機穩定運行時將天然氣和空氣混合并供給天然氣發動機205，輔助混合氣供給系統通過補償一定流量的空氣和天然氣，以改善發動機在負荷突加時的響應性，使發動機轉速穩定，反應靈敏。
[0032]主混合氣供給系統，在發動機穩定運行時將天然氣和空氣混合并供給發動機。發動機穩定運行時，經增壓器206增壓后空氣在中冷器207中冷卻后，經空氣管路211進入混合器216和天然氣混合，安裝在空氣管路211中的空氣流量計214測量空氣的流量，電控系統ECU202根據空氣流量發動機轉速等參數計算天然氣噴射量，經電控噴射器217噴入混合器216中與空氣混合，經過電子節氣門215的控制后進入發動機燃燒做功。當天然氣發動機205負荷突加時，電控系統ECU202采集到發動機轉速的變化，經過運算后對發動機的電子節氣門215和輔助空氣流量控制閥212輸出控制信號，增加電子節氣門215的開度，輔助空氣流量控制閥212打開，一部分輔助空氣經輔助空氣管路210進入混合器216中，輔助空氣流量計213采集輔助空氣的流量作為反饋信號，控制輔助空氣的后續流量，電控系統E⑶202根據總的空氣計算出天然氣噴射量，噴射進入混合器216和空氣混合后進入天然氣發動機205，發動機轉速穩定后，輔助混合氣供給系統停止工作，主混合氣供給系統為天然氣發動機205提供混合氣。
[0033]電控系統E⑶202同時控制主混合氣供給系統的電子節氣門215和輔助混合氣供給系統的輔助空氣流量控制閥212，以根據天然氣發動機205的運轉工況控制總的天然氣噴射量和空氣流量，達到改善天然氣發動機205響應性的目的。
[0034]輔助混合氣供給系統不依賴于發動機的增壓器206的增壓程度和響應性，由電控系統ECU202控制輔助空氣流量控制閥212的開度和空氣流量，向天然氣發動機205供給額外的空氣和天然氣。
[0035]輔助混合氣供給系統包括壓縮空氣罐208，經壓縮后的壓縮空氣儲存在壓縮空氣罐208中，并通過輔助空氣管路210和輔助空氣流量控制閥212后進入混合器216 ;在輔助空氣流量控制閥212和混合器216之間設置空氣流量計214。
[0036]需要說明的是，在上文中以天然氣發動機燃氣供給系統的例子對本實用新型進行了描述。然而，本實用新型并不限于此，而是可以適用于采用現有的或者將來出現的其他氣體發動機。
[0037]上述雖然結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本實用新型的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍以內。
【權利要求】
1.一種天然氣發動機雙路燃氣供給系統，包括電控系統ECU、天然氣發動機以及用于向天然氣發動機供應混合氣的燃氣供給系統，其特征是，所述燃氣供給系統包括:主混合氣供給系統和輔助混合氣供給系統；所述主混合氣供給系統和輔助混合氣供給系統的流量分別由電控系統ECU控制； 所述主混合氣供給系統包括:天然氣存儲裝置、減壓器、穩壓器、機械熱交換器、電控噴射器及混合器通過天然氣管路依次連接；增壓器和中冷器通過空氣管路連接后接入混合器； 天然氣依次經過減壓器、穩壓器、機械熱交換器、電控噴射器進入混合器；外界空氣依次經過發動機增壓器、中冷器進入混合器與天然氣混合； 所述輔助混合氣供給系統包括:壓縮空氣存儲裝置與輔助流量控制閥通過輔助空氣管路連接后接入混合器；壓縮空氣經輔助流量控制閥進入混合器輔助增加空氣流量。
2.如權利要求1所述的一種天然氣發動機雙路燃氣供給系統，其特征是，還包括: 所述混合器經電子節氣門與天然氣發動機連接，所述電控噴射器與電子節氣門分別與電控系統E⑶連接。
3.如權利要求1所述的一種天然氣發動機雙路燃氣供給系統，其特征是，所述機械熱交換器與電控噴射器連接的管路上設置天然氣流量計，所述天然氣流量計與電控系統ECU連接。
4.如權利要求1所述的一種天然氣發動機雙路燃氣供給系統，其特征是，所述中冷器與混合器連接的空氣管路上設置空氣流量計，所述空氣流量計與電控系統ECU連接。
5.如權利要求1所述的一種天然氣發動機雙路燃氣供給系統，其特征是，所述輔助流量控制閥與混合器連接的輔助空氣管路上設置輔助空氣流量計，所述輔助流量控制閥和輔助空氣流量計分別與電控系統ECU連接。
6.如權利要求1所述的一種天然氣發動機雙路燃氣供給系統，其特征是，所述壓縮空氣存儲裝置的出口處設置空氣切斷閥。
7.如權利要求1所述的一種天然氣發動機雙路燃氣供給系統，其特征是，所述天然氣發動機的排出氣體經催化后處理器排出，在所述催化后處理器的出口處設置排氣氧傳感器，所述排氣氧傳感器與電控系統ECU連接。
【文檔編號】F02D41/30GK203978645SQ201420408666
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月23日 優先權日:2014年7月23日
【發明者】張強, 李孟涵, 李娜, 馬相明, 于華, 許自順 申請人:山東大學