CN105089856A - 自给型内燃机气体燃料供给系统及气包压力控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种自给型内燃机气体燃料供给系统及气包压力控制方法，该系统包括LNG罐、LNG供给泵、LNG汽化器、气包和NG喷射阀；工作时，储存于LNG罐的液化天然气在LNG供给泵作用下流向LNG汽化器壳程，并在此吸热变成气态天然气储存于气包，由NG喷射阀向进气道喷射定量气体燃料，循环于冷却系统中高温段的传热介质经传热介质三通阀流入LNG汽化器管程，放热后再次流回冷却系统的低温段，重新流进内燃机缸套内吸收热量，如此不断循环。本发明的方法综合采用了模糊控制器、Smith预估器和人工免疫控制器，能够很好地根据气包压力和NG流量变化动态优化出LNG供给流量和传热介质流量，使得气包压力稳定在某给定区域，良好地克服了系统的非线性及时滞的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种自给型内燃机气体燃料供给系统及气包压力控制方法，属于内燃机领域。
背景技术
与传统的石油燃料相比，液化天然气(LNG)具有低碳、高效、优质和清洁等特点，是内燃机的一种理想替代燃料。由于LNG在常压下是在-163℃低温环境下存储和运输，而在实际应用中预先汽化成气体燃料(NG)方可燃烧作功。可是，目前市场上加气站与加油站相比，无论是数量上还是区域分布上远没有后者完善，极大限制了LNG在远程交通工具(船舶、城际客车和载重货车)上的使用。为了突破加气站少且分布不均的缺点，专家学者提出在远程交通工具上燃料以液态(1立方米LNG可转化为标况气态下600-625立方米NG)形式贮存，根据交通工具内燃机工况要求定量供给LNG进行汽化为整机供给NG，具有以LNG储存－定量汽化－NG供给为特点的自给型气体燃料供给系统。
气包是气体燃料供给系统的重要设备，其作用为内燃机供给稳压NG，以满足形成均匀可燃混合气的要求。而气包压力是影响NG供给系统安全及内燃机性能(动力性和经济性)的一个重要参数，压力过高易发生NG泄漏甚至爆炸的危险，而压力过低则会影响可燃混合气品质导致内燃机性能下降。因此，气包压力是内燃机燃料供给系统中重要控制参数，而气包又是一个十分复杂的控制对象，受到NG流量、LNG供给流量和传热介质流量的影响，为保证提供稳定压力的NG以适应燃料供给系统和整机性能的需要，与其配套设计的控制系统必须满足各主要工艺参数的需要。
气包压力控制的任务是根据NG流量、气包压力来调节LNG供给量及其对应传热介质流量，使NG产量能满足NG流量和维持气包压力稳定的要求。所以，影响气包压力量的干扰量有NG流量和气包压力偏差量(给定压力和实际压力之差)。其中，NG流量又受内燃机工况变化，复杂的内燃机工况经常在怠速、小负荷、中等负荷和满负荷等间变化。因此，影响气包压力稳定的因素多且过程复杂。而调节气包压力稳定的参数有LNG供给流量和传热介质流量。
从以上叙述可以看出，气包压力这一被控对象具有大时滞、非线性和时变性等特点，会随时间和内燃机工况的变化而变化，大时滞更是自给型气体燃料供给系统气包压力控制系统的难题。因此，自给型气体燃料供给系统的气包压力这一大时滞系统的控制，成为重要的研究课题之一。
应用于气包压力控制的方法有经典控制、现代控制。其中，经典控制是以各种分立器件的应用为基础，利用各种传感器对被控参数实时进行检测并反馈给控制器，再根据有关控制算法完成相应运算并驱动执行机构完成相应动作，从而达到控制的目的。但是经典控制受分立器件性能影响大，系统内各子系统相互影响大，自动化水平不高，控制效果并非十分理想，而且容易发生故障，不利于系统长期安全、高效运行。而现代控制适合具有线性和精确数学模型的控制对象，而对于像气包压力这样的控制系统来说建立精确数学模型太难，因此并非理想选择。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种自给型内燃机气体燃料供给系统及气包压力控制方法，以NG流量和气包压力偏差量为控制输入信号，通过采用模糊控制、Smith预估控制和人工免疫控制的综合运算，得到与当前状况相适应的LNG供给流量和传热介质流量，以此来调控LNG供给泵变频器和传热介质三通阀开度，使气包的压力对各种外界干扰具有鲁棒性。
技术方案：为实现上述目的，一种自给型内燃机气体燃料供给系统，包括LNG罐、LNG供给泵、LNG汽化器、NG压缩机、气包、NG喷射阀、传感器、控制器和执行机构，所述LNG罐与LNG汽化器之间的LNG输送段依次设有LNG过滤器、手动阀、前三通、前电磁阀、LNG供给泵、后电磁阀和后三通；LNG汽化器与NG喷射阀之间的气态天然气输送段依次设有NG压缩机、电控气阀、气包、单向阀及NG流量传感器；传热介质从内燃机冷却系统高温段的传热介质三通阀引出，流向LNG汽化器的管程，放热后流出，并返回冷却系统低温段，传热介质从内燃机冷却系统高温段的传热介质三通阀引出，流向LNG汽化器的管程，放热后流出，并返回冷却系统低温段，重新流进内燃机机内水套吸热；所述传感器包括检测液面高度的LNG液面传感器、LNG流量传感器、位于汽化器壳程内的壳程压力传感器、检测气包压力的气包压力传感器、NG流量传感器和检测内燃机冷却系统高温段温度的温度传感器，所述LNG流量传感器位于后三通与LNG汽化器之间的管道上，NG流量传感器位于单向阀与NG喷射阀之间的管道上；所述执行机构包括LNG供给泵和传热介质三通阀，LNG供给泵、传热介质三通阀、LNG液面传感器、LNG流量传感器、壳程压力传感器、气包压力传感器和NG流量传感器通过信号线均与控制器连接。
作为优选，所述前三通与后三通之间采用双管路，前三通一路与前电磁阀、LNG供给泵、后电磁阀与后三通的一接口连接，前三通另一路与备用管路前电磁阀、备用管路LNG供给泵、备用管路后电磁阀与后三通的另一接口连接。前三通与后三通直接采用双管路(工作管路和备用管路)设计，保障了工作管路出现故障时启动备用管路。
作为优选，所述控制器包括Smith预估器、模糊控制器及人工免疫控制器，其中Smith预估器与模糊控制器为副控制器，人工免疫控制器为主控制器。
作为优选，还包括显示器、排气扇和警报灯，所述显示器、排气扇和警报灯均与控制器连接。
一种上述的自给型内燃机气体燃料供给系统的气包压力控制方法，包括以下步骤：
(1)接通电源，传感器进行信号采集；
(2)当温度传热器检测到传热介质三通阀处的传热介质温度<80℃，控制器判定内燃机处于冷机状态，控制器给LNG供给泵及传热介质三通阀发送不供电指令；
(3)当温度传热器检测到传热介质三通阀处的传热介质温度>80℃，控制器判定内燃机处于热机状态，进而：
(ⅰ)且当气包压力传感器212检测到气包压力等于或大于5MPa时，向LNG供给泵和传热介质三通阀发送断开电源指令；
(ⅱ)且当气包压力传感器212检测到气包压力小于2MPa时，为了能够尽快恢复气包压力，LNG供给泵供给切换到50Hz工频电源运行，且传热介质三通阀223全开，直到气包压力恢复到参考压力为止；
(ⅲ)且当气包压力传感器212检测到气包压力介于2MPa和5MPa之间时，气包压力偏差及其变化率作为模糊控制器的输入，经模糊规则运算后输出压力波动所需LNG流量；而NG流量为Smith预估器的输入，经预估处理后输出NG流量扰动所需LNG流量；模糊控制器与Smith预估器的输出之和作为人工免疫控制器的输入，并执行人工免疫算法，借鉴生物免疫机理优化出LNG供给流量及传热介质流量，以此来确定LNG供给泵变频器的电源频率及传热介质三通阀223开度，实现LNG供给流量及传热介质三通阀开度的调节。
(4)根据汽化器壳程NG压力，调节NG压缩机的流量，使其壳程内维持负压状态。
作为优选，所述步骤(1)至步骤(4)任意步骤中，只要甲烷传感器222检测到甲烷时，控制器就判定发生了燃料发生泄漏，发送关闭LNG供给泵、传热介质三通阀及NG压缩机的指令和开启报警灯及排气扇的指令。
作为优选，所述步骤(3)的(ⅲ)中，首先将LNG供给流量和传热介质流量均视为B细胞，目标函数即NG流量/LNG供给流量之比看作抗体，目标函数值最小看作抗原，对抗体、抗原及B细胞进行编码和产生初始抗体，通过计算抗体与抗原、抗体与抗体之间的亲和性，更新记忆/抑制细胞，同时促进和抑制B细胞的产生，然后利用克隆选择、交叉和变异操作产生新B细胞生成新抗体，进入下一轮免疫反应过程，直至亲和性符合给定亲和度为止，最终确定LNG供给流量和传热介质流量。
在本发明中，系统模型含LNG供给泵数学模型、传热介质三通阀数学模型、LNG汽化器数学模型、NG压缩机数学模型及气包数学模型。
在本发明中，所述的自给型内燃机气体燃料供给系统，其特征在于，系统电源为工频50Hz的380V三相交流电，直接给LNG供给泵供给电力(其中一条路通电时，另一条线路处于备用状态)，而其中一相与零线向排气扇、报警灯和NG压缩机均供给220V，再对220V单相电进行整流稳压为ECU、传感器和显示屏等提供12V和24V低压直流电。
有益效果：本发明的自给型内燃机气体燃料供给系统，采用模糊控制器、Smith预估器和人工免疫控制器，在NG流量发生扰动时，由Smith预估器和人工免疫控制器组成的反馈回路完成粗调，而由模糊控制器和人工免疫控制器组成的反馈回路完成细调；内燃机处于瞬态工况时，引入NG流量由Smith预估控制，使LNG供给泵变频器能提前跟随NG流量变化，LNG供给流量与NG流量之比能够动态保持一致，减轻了时延对气包压力的影响；传热介质三通阀开度能适应LNG供给流量变化，使传热介质流量/LNG供给流量配比能够维持常数，且在NG压缩机作用下汽化器内真空度波动小，使LNG的供给、汽化及汽化后的NG压缩过程具有平稳性和安全性。
附图说明
图1为本发明的系统结构组成图；
图2为本发明的一种实施例的结构示意图。
图3为图2的电源线路图。
图4为图2的气包压力控制装置框图。
图5为图2中的模糊控制流程图。
图6为图2中的人工免疫控制策略图。
图7为本发明的主程序控制流程图。
图8为图2的效果图。
附图中201LNG罐；202LNG液面传感器；203LNG过滤器；204手动阀；205前三通；206前电磁阀；206A备用管路前电磁阀；207LNG供给泵；207A备用管路LNG供给泵；208LNG流量传感器；209LNG汽化器；210汽化器壳程压力传感器；211NG压缩机；212气包压力传感器；213气包；216NG流量传感器；217NG喷射阀；218ECU；219显示器；220排气扇；221警报灯；222甲烷传感器；223高温段传热介质三通阀；223A低温段传热介质三通阀；224后电磁阀；224A备用管路后电磁阀；225后三通。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1至图6所示，一种自给型内燃机气体燃料供给系统，包括LNG罐201、LNG供给泵207、LNG汽化器209、NG压缩机211、气包213和NG喷射阀217，所述LNG罐与LNG汽化器之间的LNG输送段依次连接有LNG过滤器203、手动阀204、前三通205、前电磁阀206、LNG供给泵207、后电磁阀224、后三通225和LNG流量传感器208，前三通205与后三通225之间采用双管路，前三通一路与前电磁阀206、LNG供给泵207、后电磁阀224与后三通225的一接口连接，前三通另一路与备用管路前电磁阀206A、备用管路LNG供给泵207A、备用管路后电磁阀224A与后三通225的另一接口连接，LNG汽化器209与NG喷射阀217之间的气态天然气输送段依次设有NG压缩机211、电控气阀214、气包213、单向阀215及NG流量传感器216；传热介质从内燃机冷却系统高温段的传热介质三通阀223引出，流向LNG汽化器209的管程，放热后流出，并返回冷却系统低温段，在低温段安装有低温段传热介质三通阀203A，重新流进内燃机机内水套吸热。此外，LNG液面传感器202检测LNG罐201液面高度，LNG流量传感器208检测流入LNG汽化器209的LNG流量，汽化器壳程压力传感器210检测LNG汽化器209的汽化器壳程真空，气包压力传感器212检测气包213内气压，在气包213出口安装有NG流量传感器216，在管道外安装有甲烷传感器222，管道上安装有单向阀；LNG流量传感器208、汽化器壳程压力传感器210、NG流量传感器216、甲烷传感器222、LNG供给泵和第一电磁阀205均与控制器连接，控制器即为ECU218。
在本发明中，自给型内燃机气体燃料供给系统内还包括显示器219、排气扇220和警报灯221，所述显示器219、排气扇220和警报灯221均与控制器连接，其中，显示屏可显示传热介质温度、LNG储液槽液面高度、气包压力、汽化器壳程真空度和环境瓦斯浓度；报警灯和排气扇在NG泄漏时启动进行强制通风和闪亮警报。
如图3所示，电源为380V三相交流电，为了保证电流过大时能够及时断电以保护系统线路串联了一熔断器(QS1)。对于需要220V交流电源的LNG泵、排气扇220、压缩机和报警灯等设备连接于三相电源任意一相和中性线间。另外，将整流装置交流输入端接入220V交流电，通过整流稳压，可以为传感器、电子控制器和显示屏等设备提供12V和24V直流电。LNG供给泵变频器的L1、L2、L3端子分别与380V三相连接，变频器整流，逆变后的是频率、电压变化的三相交流电通过接触器的常开触点连入三相异步电动机的定子侧回路为其工作提供电源，并通过变频器调频调压从而调节电机转速实现LNG供给流量改变，同时直接将由三相电源通过另一接触器的常开触点连入三相异步电机的定子侧回路，此时LNG供给泵以工频50Hz满负荷工作。两个接触器(KM1和KM2)是一联动互锁机构，避免同时闭合发生事故。
建立起如上述的自给型内燃机气体燃料供给系统数学模型，内含LNG供给泵数学模型、传热介质三通阀数学模型、LNG汽化器数学模型、NG压缩机数学模型及气包数学模型。
如图4所示为本发明的控制框图。所述的控制中是以气包213压力为主被控参数、以LNG供给流量为副被控参数及以NG流量为干扰量，构成气包213压力与LNG供给流量的串级控制系统。所述的串级控制系统中，以人工免疫控制器为主控制器，而以模糊控制器和Smith预估器为副控制器，而模糊控制器以参考气包压力与气包压力负反馈的偏差及其变化率为输入，Smith预估器以NG流量为输入，而它俩输出之和与流量负反馈的偏差作为人工免疫控制器的输入，而LNG供给流量和传热介质流量则为人工免疫控制器的输出。在扰动作用下，由Smith预估器和人工免疫控制器组成一个控制回路可迅速完成LNG供给流量及传热介质流量的粗调，然后再由模糊控制器和人工免疫控制器组成另一个控制回路完成LNG供给流量及传热介质流量的细调。
图5为本发明模糊控制器，所述模糊控制器是二维模糊控制器，其具有气包压力参考值与压力实际值的偏差E及偏差变化率EC两个输入变量，而输出变量U为LNG流量。建立输入、输出变量的隶属度函数，均用5个模糊变量对输入偏差E及输入偏差变化率EC进行模糊化，建立起25个模糊变量的模糊控制规则，推理机对模糊规则库中的规则进行推理产生LNG供给模糊量，再对模糊量进行反模糊化得到LNG供给流量。
图6为本发明的人工免疫控制策略图。所述的人工免疫控制策略首先将LNG供给流量和传热介质流量均视为B细胞，目标函数即NG流量/LNG供给流量之比看作抗体，目标函数值最小看作抗原，其次对抗体、抗原及B细胞进行编码和产生初始抗体，通过计算抗体与抗原、抗体与抗体之间的亲和性，更新记忆/抑制细胞，同时促进和抑制B细胞的产生，然后利用克隆选择、交叉和变异操作产生新B细胞生成新抗体，进入下一轮免疫反应过程，直至符合算法终止准则为止，即直至亲和性符合给定亲和度为止。实现抗体的选择并最终确定LNG供给流量和传热介质流量。
图7为本发明的主函数结构流程图，为了防止气包压力超限又能满足动力设备对NG流量要求，该设计作以下处理：当气包压力大于5MPa时LNG供应泵停止运转，以防气包213压力过高发生安全事故；当气包压力过低即低于2MPa时LNG供应泵满负荷运行，即LNG供给泵电动机电源以工频50Hz工作，以快速补充燃气消耗量。此外为了提高复合控制系统的运行效率，在程序设计时可以设定1秒的定时时间，未满1秒时复合控制系统处理程序的其他部分以及完成复合控制系统自身的各种功能，当定时满1秒时执行模糊控制器、Smith预估器和人工免疫控制器，确定出LNG供给流量和传热介质流量，生成LNG供给泵变频器和三通电磁阀开度的控制指令，直到气包压力恢复平衡点为止。
一种如上述的自给型内燃机气体燃料供给系统的控制方法，包括以下步骤：
(1)接通电源，传感器进行信号采集；
(2)当温度传感器检测到传热介质三通阀223处的传热介质温度<80℃，ECU218判定内燃机处于冷机状态，给LNG供给泵、传热介质三通阀223和NG压缩机211发送断开电源指令；
(3)当温度传感器检测到传热介质三通阀223处的传热介质温度>80℃，ECU218判定内燃机处于热机状态，进而：
(ⅰ)如气包压力传感器212检测到气包213压力等于或大于5MPa，ECU218则向LNG供给泵和传热介质三通阀223断开电源指令；
(ⅱ)如气包压力传感器212检测到气包213压力小于2MPa，ECU218则向LNG供给泵以工频50Hz满负荷运行及传热介质三通阀223全开的指令，直到气包213压力恢复到给定压力为止；
(ⅲ)如气包压力传感器212检测到气包213压力介于2MPa和5MPa之间时，人工免疫控制器根据Smith预估器的输出与模糊控制器的输出之和与负反馈的偏差执行人工免疫算法，优化出LNG供给流量及传热介质流量，并以此来调节LNG供给泵变频器的电源频率和传热介质三通阀223开度。
(4)根据汽化器壳程NG压力与给定压力偏差来调节NG压缩机211的流量，使汽化器壳程内能保持真空状态，调整效果图如图8所示。
在上述步骤(1)至步骤(4)任意步骤中，当甲烷传感器222检测到甲烷时，ECU218判定发生了天然气泄漏，随即发送关闭LNG供给泵、传热介质三通阀223及NG压缩机211的和开启报警灯及排气扇220的指令。
所述步骤(3)的(ⅲ)中的人工免疫控制算法，以LNG供给流量和传热介质流量视为B细胞，目标函数即NG流量/LNG供给流量之比看作抗体，目标函数值最小看作抗原，对抗体、抗原及B细胞进行编码和产生初始抗体，通过计算抗体与抗原、抗体与抗体之间的亲和性，更新记忆/抑制细胞，同时促进和抑制B细胞的产生，然后利用克隆选择、交叉和变异操作产生新B细胞生成新抗体，进入下一轮免疫反应过程，直至符合算法终止准则为止，最终优化出LNG供给流量和传热介质流量，效果如图6所示。
应用计算机语言对上述的自给型内燃机气体燃料供给系统数学模型、控制方法编制成ECU控制程序。将上述的控制程序固化于电子控制单元的内存中，可以通过修改数学模型中的相关参数使其满足不同型号的内燃机气体燃料供给要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种自给型内燃机气体燃料供给系统，其特征在于：包括LNG罐、LNG供给泵、LNG汽化器、NG压缩机、气包、NG喷射阀、传感器、控制器和执行机构，所述LNG罐与LNG汽化器之间的LNG输送段依次设有LNG过滤器、手动阀、前三通、前电磁阀、LNG供给泵、后电磁阀和后三通；LNG汽化器与NG喷射阀之间的气态天然气输送段依次设有NG压缩机、电控气阀、气包、单向阀；传热介质从内燃机冷却系统高温段的传热介质三通阀引出，流向LNG汽化器的管程，放热后流出，并返回冷却系统低温段；所述传感器包括检测液面高度的LNG液面传感器、LNG流量传感器、位于汽化器壳程内的壳程压力传感器、检测气包压力的气包压力传感器、NG流量传感器和检测内燃机冷却系统高温段温度的温度传感器，所述LNG流量传感器位于后三通与LNG汽化器之间的管道上，NG流量传感器位于单向阀与NG喷射阀之间的管道上；所述执行机构包括LNG供给泵和传热介质三通阀，LNG供给泵、传热介质三通阀、LNG液面传感器、LNG流量传感器、壳程压力传感器、气包压力传感器和NG流量传感器通过信号线均与控制器连接。
2.根据权利要求1所述的自给型内燃机气体燃料供给系统，其特征在于：所述前三通与后三通之间采用双管路，前三通一路与前电磁阀、LNG供给泵、后电磁阀与后三通的一接口连接，前三通另一路与备用管路前电磁阀、备用管路LNG供给泵、备用管路后电磁阀与后三通的另一接口连接。
3.根据权利要求2所述的自给型内燃机气体燃料供给系统，其特征在于：所述控制器包括Smith预估器、模糊控制器及人工免疫控制器，其中Smith预估器与模糊控制器为副控制器，人工免疫控制器为主控制器。
4.根据权利要求3所述的自给型内燃机气体燃料供给系统，其特征在于：还包括显示器、排气扇和警报灯，所述显示器、排气扇和警报灯均与控制器连接。
5.根据权利要求4所述的自给型内燃机气体燃料供给系统，其特征在于：所述传感器还包含甲烷传感器，甲烷传感器位于管道外。
6.一种如权利要求5所述的自给型内燃机气体燃料供给系统的气包压力控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)接通电源，传感器进行信号采集；
(2)当温度传热器检测到传热介质三通阀处的传热介质温度<80℃，控制器判定内燃机处于冷机状态，控制器给LNG供给泵及传热介质三通阀发送不供电指令；
(3)当温度传热器检测到传热介质三通阀处的传热介质温度>80℃，控制器判定内燃机处于热机状态，进而：
(ⅰ)且当气包压力传感器检测到气包压力等于或大于5MPa时，向LNG供给泵和传热介质三通阀发送断开电源指令；
(ⅱ)且当气包压力传感器检测到气包压力小于2MPa时，为了能够尽快恢复气包压力，LNG供给泵供给切换到50Hz工频电源运行，且传热介质三通阀223全开，直到气包压力恢复到参考压力为止；
(ⅲ)且当气包压力传感器检测到气包压力介于2MPa和5MPa之间时，气包压力偏差及其变化率作为模糊控制器的输入，经模糊规则运算后输出压力波动所需LNG流量；而NG流量为Smith预估器的输入，经预估处理后输出NG流量扰动所需LNG流量；模糊控制器与Smith预估器的输出之和作为人工免疫控制器的输入，并执行人工免疫算法，借鉴生物免疫机理优化出LNG供给流量及传热介质流量，以此来确定LNG供给泵变频器的电源频率及传热介质三通阀223开度，实现LNG供给流量及传热介质三通阀开度的调节。
(4)根据汽化器壳程NG压力，调节NG压缩机的流量，使其壳程内维持负压状态。
7.根据权利要求6所述的气包压力控制方法，其特征在于：所述步骤(1)至步骤(4)任意步骤中，只要甲烷传感器检测到甲烷时，控制器就判定发生了燃料发生泄漏，发送关闭LNG供给泵、传热介质三通阀及NG压缩机的指令和开启报警灯及排气扇的指令。
8.根据权利要求6所述的气包压力控制方法，其特征在于：所述步骤(3)的(ⅲ)中，首先将LNG供给流量和传热介质流量均视为B细胞，目标函数即NG流量/LNG供给流量之比看作抗体，目标函数值最小看作抗原，对抗体、抗原及B细胞进行编码和产生初始抗体，通过计算抗体与抗原、抗体与抗体之间的亲和性，更新记忆/抑制细胞，同时促进和抑制B细胞的产生，然后利用克隆选择、交叉和变异操作产生新B细胞生成新抗体，进入下一轮免疫反应过程，直至亲和性符合给定亲和度为止，最终确定LNG供给流量和传热介质流量。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107143429A (zh) * | 2017-07-06 | 2017-09-08 | 重庆红江机械有限责任公司 | 电控单体泵柴油机ecu冗余系统及设计方法 |
| CN107327357A (zh) * | 2017-07-06 | 2017-11-07 | 上海新奥新能源技术有限公司 | 天然气动力船舶燃料监测系统、燃料监测控制方法和装置 |
| CN110242432A (zh) * | 2019-06-29 | 2019-09-17 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种汽化器的检测方法、装置、设备及发动机 |
| CN112096542A (zh) * | 2020-09-23 | 2020-12-18 | 潍柴动力股份有限公司 | 液压泵供气检测方法和装置 |
| TWI727729B (zh) * | 2020-03-30 | 2021-05-11 | 普新氣體股份有限公司 | 壓力控制設備 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5967126A (en) * | 1997-06-26 | 1999-10-19 | Avl List Gmbh | Injection system for an internal combustion engine operated with liquefied petroleum gas |
| CN101754897A (zh) * | 2007-07-19 | 2010-06-23 | 大宇造船海洋株式会社 | 轮船的燃气供应系统和方法 |
| JP2012207629A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Keihin Corp | 燃料供給システム及び燃料噴射制御装置 |
| CN103814204A (zh) * | 2011-09-28 | 2014-05-21 | 三菱重工业株式会社 | 直喷式柴油机装置 |
| CN104350322A (zh) * | 2012-05-16 | 2015-02-11 | 塔格海底天然气工程有限公司 | 用于供给气体的设备 |
-
2015
- 2015-07-15 CN CN201510416644.3A patent/CN105089856B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5967126A (en) * | 1997-06-26 | 1999-10-19 | Avl List Gmbh | Injection system for an internal combustion engine operated with liquefied petroleum gas |
| CN101754897A (zh) * | 2007-07-19 | 2010-06-23 | 大宇造船海洋株式会社 | 轮船的燃气供应系统和方法 |
| JP2012207629A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Keihin Corp | 燃料供給システム及び燃料噴射制御装置 |
| CN103814204A (zh) * | 2011-09-28 | 2014-05-21 | 三菱重工业株式会社 | 直喷式柴油机装置 |
| CN104350322A (zh) * | 2012-05-16 | 2015-02-11 | 塔格海底天然气工程有限公司 | 用于供给气体的设备 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107143429A (zh) * | 2017-07-06 | 2017-09-08 | 重庆红江机械有限责任公司 | 电控单体泵柴油机ecu冗余系统及设计方法 |
| CN107327357A (zh) * | 2017-07-06 | 2017-11-07 | 上海新奥新能源技术有限公司 | 天然气动力船舶燃料监测系统、燃料监测控制方法和装置 |
| CN107143429B (zh) * | 2017-07-06 | 2019-10-15 | 重庆红江机械有限责任公司 | 电控单体泵柴油机ecu冗余系统及设计方法 |
| CN107327357B (zh) * | 2017-07-06 | 2020-11-06 | 上海新奥新能源技术有限公司 | 天然气动力船舶燃料监测系统、燃料监测控制方法和装置 |
| CN110242432A (zh) * | 2019-06-29 | 2019-09-17 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种汽化器的检测方法、装置、设备及发动机 |
| TWI727729B (zh) * | 2020-03-30 | 2021-05-11 | 普新氣體股份有限公司 | 壓力控制設備 |
| CN112096542A (zh) * | 2020-09-23 | 2020-12-18 | 潍柴动力股份有限公司 | 液压泵供气检测方法和装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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