CN105757449B - 一种车用lng主动增压系统及其供气方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车用LNG主动增压系统，包括液压驱动装置、供气装置和控制器，供气装置包括低温柱塞泵、储液罐、气化器和缓冲罐，气化器输入口采用天然气管路与低温柱塞泵输出口连接，气化器输出口采用天然气管路与缓冲罐输入口连接，缓冲罐输出口采用天然气管路与发动机连接；液压驱动装置包括液压泵、液压油箱、和液压驱动阀块，液压油箱采用液压管道与液压驱动阀块和液压泵连接，液压驱动阀块采用液压管路与低温柱塞泵连接，控制器与气化器电连接。本发明在保证了供气压力的前提下，没有增加天然气蒸汽的排空量，降低了车辆运行的成本，降低了甲烷的排放，保护了自然环境。本发明还公开了该车用LNG主动增压系统的供气方法。

Description

一种车用LNG主动增压系统及其供气方法
技术领域
本发明涉及一种车用液化天然气供给系统，特别涉及一种车用LNG主动增压供气系统，本发明还公开了一种车用LNG主动增压系统的供气方法。
背景技术
液化天然气是当今世界公认的清洁能源。它热值高、燃烧充分、价格低，运输经济性及安全性好，深受广大用户欢迎。以LNG为燃料的液化天然气汽车已投入运行。LNG车载气瓶作为液化天然气汽车车载燃料系统的关键部分，也受到广泛关注，一些研究机构、企业、高校加大了研发的力度。LNG汽车已经在中国及全球取得了极大的成功，中国更是一跃成为全球LNG汽车保有量第一的国家。作为清洁能源LNG比柴油/汽油车更经济与清洁。
LNG需通过槽车由母站或天然气液化厂向LNG加液站配送转运。LNG在运输车内的压力很低，这样的低压力有利于LNG的存储与运输。然而为保证汽车发动机能够正常运行，LNG压力不能过低。
现行的做法是在LNG加液站对LNG进行调饱和操作，并采用LNG车载储罐自增压技术来保证发动机的正常供气。但无论是哪种办法，都增加了车载LNG储罐的压力，进而增加了储罐的排空量，而且自增压系统的安全性也受到了行业内的广泛质疑。
为降低储罐压力，LNG气化的部分通过一级和二级排空阀直接排进大气。从保护环境的角度是不可取的，据GWP(温室效应潜能值)分析显示，以单位分子数而言，甲烷的温室效应是二氧化碳的25倍，因此我们应该尽量避免天然气的排放。从经济性的角度来看，天然气被白白排入大气，大大增加了燃气消耗，增加了运输成本，我们也应该尽量避免。LNG站为汽车储罐进行调饱和操作也增加了LNG的运营成本，需尽量避免。
无论是调饱和还是自增压，都不能按发动机的实时需求进行供气，从而不能保证发动机的平稳运行。因此需要一种能够在不增加车载LNG储罐内压力的前提下，能够按照发动机的需求进行主动供气的系统。从而保证在减少排空的情况下，保证对发动机的供气压力，保证发动机的平稳运行。
发明内容
本发明的目在于克服上述传统LNG汽车存在的不足，提供一种车用LNG主动增压供气系统及供气方法，能够在不增加车载LNG储罐内压力的前提下，能够按照发动机的需求进行主动供气的系统，从而保证在减少排空的情况下，保证对发动机的供气压力与供气量，保证发动机的平稳运行。
为了达到目的，本发明提供的技术方案为：
本发明涉及的一种车用LNG主动增压系统，包括液压驱动装置、供气装置和控制器，所述的供气装置包括低温柱塞泵、储液罐、气化器和缓冲罐，储液罐内设有LNG液位传感器，低温柱塞泵安装在储液罐内，气化器内设有气体温度传感器和气体压力传感器，气化器输入口采用天然气管路与低温柱塞泵输出口连接，气化器输出口采用天然气管路与缓冲罐输入口连接，缓冲罐输出口采用天然气管路与发动机连接，所述的缓冲罐与发动机之间的天然气管道上还设有供气阀门；所述的液压驱动装置包括液压泵、液压油箱和液压驱动阀块，液压驱动阀块和液压油箱之间还设有液压旁通阀块，液压驱动阀块内还设有液压压力释放阀，液压油箱采用液压管道与液压泵连接，液压旁通阀块采用液压管路分别与液压驱动阀块、液压泵和液压油箱连接，液压驱动阀块采用液压管路与低温柱塞泵连接，液压泵与发动机连接；所述的控制器分别与LNG液位传感器、气体温度传感器、气体压力传感器和供气阀门电连接；
所述的车用LNG主动增压系统的供气方法包括如下步骤，（1）启动系统后，系统进入自诊断状态，判断系统是否可以进入正常工作状态，若系统不能进入正常工作状态，系统停止工作，开始报错，若能进入正常工作状态，则进入步骤2；（2）控制器实时监控发动机的实时天然气使用量与预测发动机下一个动作的天然气用量的值，并用上述两个使用量计算出最终的供气量与供气压力，控制器对上述最终的供气量和供气压力与缓冲罐内的天然气质量与压力进行比较，做出是否进行增压操作的决定，以此判断系统为发动机提供的压力是否可以满足发动机的实时需求，若不能满足，则进入步骤3，若能满足，则返回步骤1；（3）液压驱动装置运行驱动低温柱塞泵，低温柱塞泵在储罐内进行加压输出天然气，天然气在气化器内进行等压膨胀，从而得到较高压力的天然气，高压力天然气进入缓冲罐后，对发动机主动供气，发动机启动后带动液压泵运行，进而持续带动低温柱塞泵运行；（4）判断发动机是否停机，若未停机则返回步骤2，若已停机则停止系统。
优选地，所述的储液罐还设有蒸汽出口，蒸汽出口采用天然气蒸汽管与气化器输入口连接，天然气蒸汽管连接储液罐的一端延伸至储液罐内部的蒸汽空间。
优选地，所述的缓冲罐内还设有气体压力释放阀。
优选地，所述的系统进入自诊断状态包括诊断控制器本身是否正常，控制器与发动机通讯是否中断，气体压力传感器是否正常，气体温度传感器是否正常，LNG液位传感器是否正常，气体温度是否过低，发动机水温是否过低，与LNG液位传感器的通讯是否正常。
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明储液罐能够提供能满足发动机需求的供气压力与供气质量，并且保持储液罐内的温度和罐压不升高，从而在保证了供气压力的前提下，没有增加天然气蒸汽的排空量，降低了车辆运行的成本，降低了甲烷的排放，保护了自然环境。
附图说明
图1是本发明车用LNG主动增压系统结构示意图；
图2是本发明天然气气瓶结构示意图；
图3是本发明车用LNG主动增压系统主动增压方法流程示意图。
示意图中的标注说明：1、低温柱塞泵；2、储液罐；3、气化器；4、缓冲罐；5、控制器；6、液压驱动阀块；7、液压旁通阀块；8、液压油箱；9、液压泵；10、天然气管路；11、天然气蒸汽管；12、液压管路；13、发动机；14、供气阀门。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
结合图1，本实施例的一种车用LNG主动增压系统包括液压驱动装置、供气装置和控制器5。所述的液压驱动装置包括液压泵9、液压油箱8、液压驱动阀块6和液压旁通阀块7，液压泵9、液压油箱8、液压驱动阀块6和液压旁通阀块7通过液压管路12与低温柱塞泵1连接，形成闭环流动回路，用于驱动低温柱塞泵1反复运动，给液态天然气输送提供动力，该液压泵可由发动机PTO取力口进行驱动，亦可由电机进行驱动。
所述的供气装置包括低温柱塞泵1、储液罐2、气化器3和缓冲罐4，低温柱塞泵1安装在储液罐2内，该低温柱塞泵1上安装有LNG排液口，储液罐2上设有蒸汽出口，LNG排液口通过天然气管路10与气化器3连接，将液态天然气输送到气化器3中，储液罐2上的蒸汽出口通过天然气蒸汽管11与气化器3连接，可将甲烷蒸汽输送到气化器3中，该储液罐2内还设有LNG液位传感器，用于采集LNG液位信息。气化器3内安装有气体压力传感器和气体温度传感器，传感器与控制器5电连接，用于采集气态天然气压力和气态天然气温度，并对压力值和温度值进行分析，判断是否需要对发动机进行供气；气化器3上还设有冷却水入口和冷却水出口，用于控制气化器3自身温度。气化器3的输出口采用天然气管路10连接一个缓冲罐4，缓冲罐4内设置有气压压力释放阀，平缓供气的压力波动，向发动机13提供平稳压力的燃气，缓冲罐4输出口通过天然气管路10连接发动机13，缓冲罐4和发动机13之间的天然气管路10上还设置了一个供气阀门14，该供气阀门14连接控制器5，由控制器5控制其气体流量。
本发明的一种车用LNG主动增压系统包括液压驱动装置的供气方法包括以下步骤：
步骤一：发动机钥匙上电，然后启动系统；
步骤二：系统进入自诊断状态，系统进入自诊断状态包括诊断控制器本身是否正常，控制器与发动机通讯是否中断，气体压力传感器是否正常，气体温度传感器是否正常，液压压力传感器是否正常，气体温度是否过低，发动机水温是否过低，与液位传感器的通讯是否正常。若系统不能进入正常工作状态，则进入步骤3，若能进入正常工作状态，则进入步骤四；
步骤三：系统停止工作，开始报错；
步骤四：判断系统为发动机提供的压力是否可以满足发动机的实时需求，若不能满足，则进入步骤五，若能满足，则返回步骤二；
步骤五：液压驱动装置运行驱动低温柱塞泵，低温柱塞泵在储罐内进行加压输出天然气，天然气在气化器内进行等压膨胀，从而得到较高压力的天然气，高压力天然气进入缓冲罐后，对发动机的主动供气；
步骤六：判断发动机是否停机，若未停机则返回步骤四，若已停机则停止系统。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方案之一，实际的结构并不局限于此。所以本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种车用LNG主动增压系统，其特征在于：其包括液压驱动装置、供气装置和控制器，所述的供气装置包括低温柱塞泵、储液罐、气化器和缓冲罐，储液罐内设有LNG液位传感器，低温柱塞泵安装在储液罐内，气化器内设有气体温度传感器和气体压力传感器，气化器输入口采用天然气管路与低温柱塞泵输出口连接，气化器输出口采用天然气管路与缓冲罐输入口连接，缓冲罐输出口采用天然气管路与发动机连接，所述的缓冲罐与发动机之间的天然气管道上还设有供气阀门；所述的液压驱动装置包括液压泵、液压油箱和液压驱动阀块，液压驱动阀块和液压油箱之间还设有液压旁通阀块，液压驱动阀块内还设有液压压力释放阀，液压油箱采用液压管道与液压泵连接，液压旁通阀块采用液压管路分别与液压驱动阀块、液压泵和液压油箱连接，液压驱动阀块采用液压管路与低温柱塞泵连接，液压泵与发动机连接；所述的控制器分别与LNG液位传感器、气体温度传感器、气体压力传感器和供气阀门电连接；
所述的车用LNG主动增压系统的供气方法包括如下步骤，（1）启动系统后，系统进入自诊断状态，判断系统是否可以进入正常工作状态，若系统不能进入正常工作状态，系统停止工作，开始报错，若能进入正常工作状态，则进入步骤2；（2）控制器实时监控发动机的实时天然气使用量与预测发动机下一个动作的天然气用量的值，并用上述两个使用量计算出最终的供气量与供气压力，控制器对上述最终的供气量和供气压力与缓冲罐内的天然气质量与压力进行比较，做出是否进行增压操作的决定，以此判断系统为发动机提供的压力是否可以满足发动机的实时需求，若不能满足，则进入步骤3，若能满足，则返回步骤1；（3）液压驱动装置运行驱动低温柱塞泵，低温柱塞泵在储罐内进行加压输出天然气，天然气在气化器内进行等压膨胀，从而得到较高压力的天然气，高压力天然气进入缓冲罐后，对发动机主动供气，发动机启动后带动液压泵运行，进而持续带动低温柱塞泵运行；（4）判断发动机是否停机，若未停机则返回步骤2，若已停机则停止系统。
2.根据权利要求1所述的一种车用LNG主动增压系统，其特征在于：所述的储液罐还设有蒸汽出口，蒸汽出口采用天然气蒸汽管与气化器输入口连接，天然气蒸汽管连接储液罐的一端延伸至储液罐内部的蒸汽空间。
3.根据权利要求1所述的一种车用LNG主动增压系统，其特征在于：所述的缓冲罐内还设有气体压力释放阀。
4.根据权利要求1所述的一种车用LNG主动增压系统，其特征在于：所述的气化器上还设有冷却水进口和冷却水出口。
5.根据权利要求1所述的一种车用LNG主动增压系统，其特征在于：所述的系统进入自诊断状态包括诊断控制器本身是否正常，控制器与发动机通讯是否中断，气体压力传感器是否正常，气体温度传感器是否正常，LNG液位传感器是否正常，气体温度是否过低，发动机水温是否过低，与LNG液位传感器的通讯是否正常。
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