CN103899423A - 一种双燃料船舶发动机燃料喷射装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种双燃料船舶发动机燃料喷射装置，包括柴油机、双燃料管理系统、气体燃料喷射装置，双燃料管理系统对发动机的燃油和燃气实现耦合控制。发动机采用纯柴油模式起动。发动机工作在纯柴油模式时，喷油量由机械调速器确定；双燃料模式时，喷气量根据运行工况查询燃气脉谱图确定，喷油量由机械调速器确定。装置通过齿条位置传感器检测负荷的变化，当检测到负荷变化时，燃油调节超前于燃气调节，确保发动机动态响应快速，喷气量变化采取缓加急减的控制方法，避免发动机因加载熄火和卸载超速。本发明具有对发动机改造简单，工作稳定、可靠的特点，相对于原柴油机，节能减排效果明显。

Description

一种双燃料船舶发动机燃料喷射装置

技术领域

本发明涉及的是一种发动机，具体地说是船舶发动机的燃料喷射装置。

背景技术

近年来随着我国石油消耗的快速增长，石油严重依赖进口。而我国天然气资源储量丰富，将天然气做为替代能源可降低对石油的依赖，并且将天然气替代柴油的燃料可以大大降低船舶发动机的排放。目前，我国内河船所用柴油机大都采用机械式喷油泵和机械式调速器，针对配置电控单体泵、电控高压共轨燃油系统的船舶柴油机改装为双燃料发动机的技术方案并不适合我国国情。在现有的改装方案中，进气总管配送燃气的方式较为简单，但其存在气门重叠扫气过程中部分天然气直接排到排气管造成的浪费和HC排放增加的问题，且存在回火等安全隐患。在现有改装的双燃料船舶发动机中普遍存在变工况下加载熄火，卸载超速，动态响应迟缓，低负荷工作不稳定的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供解决进气总管配送燃气方式的不足和现有改装的双燃料船舶发动机中普遍存在的变工况工作不稳定可靠的问题的一种双燃料船舶发动机燃料喷射装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种双燃料船舶发动机燃料喷射装置，包括发动机、喷油泵、调速器，其特征是：还包括气体燃料喷射装置、双燃料管理系统，气体燃料喷射装置包括气轨、喷射阀，喷射阀安装在各个进气歧管上，气体燃料进入气轨，气轨通过气体燃料管道连通各个喷射阀；双燃料管理系统包括控制器、曲轴转速传感器、凸轮轴转速传感器、气体燃料温度压力传感器、排气温度传感器、空气温度压力传感器、齿条位置传感器，曲轴转速传感器安装在飞轮齿圈的对应处，凸轮轴转速传感器安装在凸轮轴旁，气体燃料温度压力传感器安装在气轨上，排气温度传感器安装在发动机排气管上，空气温度压力传感器安装在发动机的进气总管，齿条位置传感器安装在喷油泵上，控制器连接曲轴转速传感器、凸轮轴转速传感器、气体燃料温度压力传感器、排气温度传感器、空气温度压力传感器、齿条位置传感器并采集信号，从而控制各喷射阀进而控制气体燃料的喷气。

本发明还可以包括：

1、通过曲轴转速传感器和齿条位置传感器确定发动机工况，控制器根据发动机工况查询燃气脉谱图确定喷气量。

2、控制器根据空气温度压力传感器、天然气温度压力传感器采集的信号对喷气量进行修正。

3、控制器根据排气温度传感器检测到的排气温度，判断是否大于发动机安全运行的阈值，若大于，则控制发动机关闭气体燃料喷射装置的喷射阀。

4、在气轨前安装减压器，气体燃料经减压器进入气轨，减压器与发动机的循环水相通。

5、喷射阀在进气歧管上采用多点喷射的方式喷气。

本发明的优势在于：采用了进气歧管多点喷射的方式，消除了进气总管配气带来的气门重叠扫气过程中部分天然气直接排到排气管造成的浪费和HC排放增加的问题，且避免了回火等安全隐患，发动机运行时更加安全。变负荷下，齿条位置传感器检测发动机负荷的变化，燃油调节超前于燃气调节，燃气采用缓加急减的控制方法，确保发动机动态响应快速，避免了发动机因加载超速，卸载熄火，发动机变负荷下工作更稳定。在双燃料管理系统中设置了排气温度传感器，当排气温度大于发动机安全运行的阈值时，双燃料管理系统使发动机工作在纯柴油模式，以减少发动机的热负荷，保证发动机的安全稳定。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的双燃料管理系统图；

图3为本发明的气体燃料喷射装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～3，本发明的一种双燃料船舶发动机燃料喷射装置对原有船舶柴油机进行了改造，保留了原船舶柴油机的燃油系统，包括原船舶柴油机1、双燃料管理系统2和气体燃料喷射装置3。气体燃料使用天然气。本发明是在保留原船舶柴油机喷油泵4和原船舶柴油机机械式调速器5的基础上增加一套气体燃料喷射装置3和双燃料管理系统2中的必要设备，双燃料管理系统包括曲轴转速传感器8、凸轮轴转速传感器9、天然气温度压力传感器10、排气温度传感器11、冷却水温传感器12、空气温度压力传感器13、齿条位置传感器14、控制器15、原船舶柴油机喷油泵4、原船舶柴油机机械式调速器5、油门执行器6、车钟7，气体燃料喷射装置3包括减压器16、气轨17、喷射阀18。

本发明中的气体燃料喷射装置3向发动机供给燃气，燃油由双燃料管理系统2中的原船舶柴油机喷油泵4提供，缸内的燃气由燃油引燃，气体燃料喷射装置3中的喷射阀18通过气路向发动机每缸进气歧管喷气。起动工况时，发动机采用纯柴油模式工作，保证发动机起动顺利。低负荷工况时，发动机工作在纯柴油模式，确保发动机低负荷时的稳定性。当发动机工作在双燃料模式时，双燃料管理系统2根据发动机实际运行工况查询燃气脉谱图MAP确定喷气量，发动机实际运行工况主要由曲轴转速传感器8和齿条位置传感器14检测得到，并且喷气量经过天然气温度压力、冷却水温、空气温度压力参数的修正，喷油量由双燃料管理系统2中的原船舶柴油机机械式调速器5确定。双燃料管理系统2中的油门执行器6和车钟7配合动作为发动机设定期望转速，油门执行器6作用于原船舶柴油机机械式调速器5上的油门手柄，油门执行器6的动作量由车钟7的位置唯一确定。当出现转速波动时，由原船舶柴油机机械式调速器5消除转速偏差。双燃料管理系统2中的齿条位置传感器14检测发动机的负荷变化，当检测到负荷变化时，燃油调节超前于燃气调节，喷气量采用缓加急减的控制方法。双燃料管理系统2实现发动机燃油和燃气的耦合控制。

本发明在保持原船舶柴油机喷油泵4和原船舶柴油机机械式调速器5不变的基础上，增加一套气体燃料喷射装置3和双燃料管理系统2中的曲轴转速传感器8、凸轮轴转速传感器9、天然气温度压力传感器10、排气温度传感器11、冷却水温传感器12、空气温度压力传感器13、齿条位置传感器14、控制器15、油门执行器6、车钟7。气体燃料喷射装置3中的减压器16、气轨17、喷射阀18依次串联。减压器16的入口连接燃气供给设备的出口，燃气供给设备提供的高压天然气经减压器16减压为合适压力的低压天然气，低压天然气再经过一定容积的气轨17到达各缸喷射阀处18，由喷射阀18向发动机各缸进气歧管喷射燃气，喷射阀18由双燃料管理系统2中的控制器15输出的控制信号控制动作。减压器16与发动机的循环水相通，为减压过程提供热量，防止减压器16中结冰堵塞。曲轴转速传感器8和凸轮轴转速传感器9采用磁电式转速传感器，在正对飞轮齿圈的合适位置处安装曲轴转速传感器8，在凸轮轴旁边合适的位置处安装凸轮轴转速传感器9，分别用来检测曲轴转速和凸轮轴转速，并且两传感器的配合使用来确定发动机的当前工作相位，为确定喷气正时提供依据。在原柴油机喷油泵4上安装齿条位置传感器14来检测发动机的负荷变化。各个传感器的输出端与双燃料管理系统2中控制器15的信号输入端相连，控制器15的输出端与喷射阀18连接。控制器15根据曲轴转速传感器8和齿条位置传感器9确定的发动机工况查询燃气脉谱图MAP确定喷气量，喷气正时则由曲轴转速传感器8和凸轮轴转速传感器9的信号配合确定，喷油量由原船舶柴油机机械式调速器5确定，经原船舶柴油机喷油泵4喷入各缸内。起动时，根据曲轴转速传感器8和齿条位置传感器9检测到的信号确定为起动工况，双燃料管理系统2控制发动机工作在纯柴油模式。低负荷时，双燃料管理系统2确定发动机工作在低负荷工况，控制发动机工作在纯柴油模式。确保起动顺利，低负荷工作稳定。当发动机工作在双燃料模式变工况下，经齿条位置传感器9检测发动机负荷的变化，双燃料管理系统控制2燃油调节超前于燃气调节，控制器15输出相应的控制信号控制喷气量缓加急减，确保发动机动态响应快速。双燃料模式下，双燃料管理系统2实现发动机燃油和燃气的耦合控制。在原船舶柴油机1相应位置处安装油门执行器6，用来控制原船舶柴油机机械式调速器5的油门手柄，油门执行器6的动作量由船舶驾驶室的车钟7控制，油门执行器6和车种7的配合使用为发动机设定期望转速。当发动机实际转速和期望转速出现偏差时，原船舶机械式调速器5消除转速偏差。

在发动机进气总管上安装空气温度压力传感器13，在气轨17上装有天然气温度压力传感器10，此外还装有冷却水温传感器12，控制器15根据以上三个传感器检测到的空气温度压力、天然气温度压力、冷却水温参数，对喷气量进行修正，实现更精确地喷气。在发动机排气管上安装排气温度传感器11，控制器15根据检测到的排气温度判断是否大于发动机安全运行的阈值，若大于，控制发动机工作在纯柴油模式，减少发动机的热负荷。

本发明一种双燃料船舶发动机燃料喷射装置，包括原船舶柴油机、双燃料管理系统、气体燃料喷射装置，在保留原船舶柴油机喷油泵和机械式调速器的基础上增加一套气体燃料喷射装置和双燃料管理系统中的曲轴转速传感器、凸轮轴转速传感器、齿条位置传感器等传感器、控制器、油门执行器和车钟，油门执行器和车钟配合动作设定发动机的期望转速，双燃料管理系统根据传感器检测到的发动机运行工况查询燃气脉谱图MAP确定喷气量，并将控制信号送至连接各缸进气歧管处的喷射阀，喷油量由双燃料管理系统中的机械式调速器确定，由双燃料管理系统中的喷油泵向各缸喷油，齿条位置传感器用来检测发动机的负荷变化，当发动机处于变工况时，双燃料管理系统控制喷气量缓加急减，燃油调节超前于燃气调节，确保发动机动态响应快速，双燃料管理系统实现发动机的燃油和燃气的耦合控制。双燃料管理系统实现发动机的燃油和燃气的耦合控制。燃气配给采用进气歧管多点喷射的方式，且由一个喷射阀向一缸进气歧管喷射，发动机转速调控由机械式调速器完成。齿条位置传感器为直线式齿条位移传感器，直线式齿条位移传感器用来检测发动机负荷的变化。喷气量根据发动机运行工况查燃气脉谱图MAP确定，喷油量由机械式调速器确定。变工况下，喷油量调节超前于喷气量调节，喷气量采取缓加急减的控制方式。

Claims (10)

1.一种双燃料船舶发动机燃料喷射装置，包括发动机、喷油泵、调速器，其特征是：还包括气体燃料喷射装置、双燃料管理系统，气体燃料喷射装置包括气轨、喷射阀，喷射阀安装在各个进气歧管上，气体燃料进入气轨，气轨通过气体燃料管道连通各个喷射阀；双燃料管理系统包括控制器、曲轴转速传感器、凸轮轴转速传感器、气体燃料温度压力传感器、排气温度传感器、空气温度压力传感器、齿条位置传感器，曲轴转速传感器安装在飞轮齿圈的对应处，凸轮轴转速传感器安装在凸轮轴旁，气体燃料温度压力传感器安装在气轨上，排气温度传感器安装在发动机排气管上，空气温度压力传感器安装在发动机的进气总管，齿条位置传感器安装在喷油泵上，控制器连接曲轴转速传感器、凸轮轴转速传感器、气体燃料温度压力传感器、排气温度传感器、空气温度压力传感器、齿条位置传感器并采集信号，从而控制各喷射阀进而控制气体燃料的喷气。

2.根据权利要求1所述的一种双燃料船舶发动机燃料喷射装置，其特征是：通过曲轴转速传感器和齿条位置传感器确定发动机工况，控制器根据发动机工况查询燃气脉谱图确定喷气量。

3.根据权利要求2所述的一种双燃料船舶发动机燃料喷射装置，其特征是：控制器根据空气温度压力传感器、天然气温度压力传感器采集的信号对喷气量进行修正。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种双燃料船舶发动机燃料喷射装置，其特征是：控制器根据排气温度传感器检测到的排气温度，判断是否大于发动机安全运行的阈值，若大于，则控制发动机关闭气体燃料喷射装置的喷射阀。

5.根据权利要求1-3任一所述的一种双燃料船舶发动机燃料喷射装置，其特征是：在气轨前安装减压器，气体燃料经减压器进入气轨，减压器与发动机的循环水相通。

6.根据权利要求4所述的一种双燃料船舶发动机燃料喷射装置，其特征是：在气轨前安装减压器，气体燃料经减压器进入气轨，减压器与发动机的循环水相通。

7.根据权利要求1-3任一所述的一种双燃料船舶发动机燃料喷射装置，其特征是：喷射阀在进气歧管上采用多点喷射的方式喷气。

8.根据权利要求4所述的一种双燃料船舶发动机燃料喷射装置，其特征是：喷射阀在进气歧管上采用多点喷射的方式喷气。

9.根据权利要求5所述的一种双燃料船舶发动机燃料喷射装置，其特征是：喷射阀在进气歧管上采用多点喷射的方式喷气。

10.根据权利要求6所述的一种双燃料船舶发动机燃料喷射装置，其特征是：喷射阀在进气歧管上采用多点喷射的方式喷气。

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