CN108025636B - 用于双燃料内燃发动机的气箱装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于双燃料内燃发动机(200)的气箱装置(100)，所述气箱装置(100)包括用于容纳可燃气体的气箱(102)，其中所述气箱装置(100)还包括位于所述气箱(102)的下游的附加气箱(104)，其中所述附加气箱(104)被构造为布置成与双燃料内燃发动机(200)的空气入口(106)上游流体连通，以将可燃气体经由所述空气入口(106)输送到双燃料内燃发动机(200)。

Description

用于双燃料内燃发动机的气箱装置
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的双燃料内燃发动机的气箱装置。本发明还涉及包括这种气箱装置的车辆。本发明适用于车辆，特别是通常称为卡车的轻型车辆、中型车辆和重型车辆。虽然本发明将主要结合卡车进行描述，但是本发明也可应用于其它类型的车辆，例如作业机械、汽车等。
背景技术
关于用于重型车辆的推进系统，经常使用内燃发动机。这些内燃发动机最常由诸如柴油或汽油的可燃燃料推进。然而，为了进一步减少车辆的发动机排放，替代的推进方法和/或燃料单独地使用，或结合众所周知的可燃燃料来使用。这些可包括例如乙醇，或来自电机的电力推进，等等。
作为另一种选择，可燃气体，例如压缩的天然气、DME、沼气等已经成为用于卡车形式的车辆的合适的推进燃料。可燃气体可以与可燃燃料结合使用，以用于推进内燃发动机，在下文中称为双燃料内燃发动机。由于可燃气体的残余物与例如可燃燃料相比相对环保，因此对于这些类型的发动机，来自其排放物的污染减少。
由上述可燃气体推进的发动机的问题在于，如果在气体燃烧之前从例如气箱或系统的其它位置发生气体泄漏，则存在温室气体排放污染的风险。这种不希望的泄漏也具有经济方面的影响，因为将增大燃料消耗。因此，需要进一步改进用于双燃料内燃发动机的气箱装置。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种至少部分地克服了现有技术缺陷的气箱装置。这一目的通过根据权利要求1所述的气箱装置实现。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于双燃料内燃发动机的气箱装置，该气箱装置包括用于容纳可燃气体的气箱，其中该气箱装置还包括在所述气箱下游的附加气箱，其中附加气箱被构造成布置为与双燃料内燃发动机的空气入口上游流体连通，以将可燃气体经由所述空气入口输送到双燃料内燃发动机。
术语“可燃气体”在下文和整个说明书中应被解释为可通过压缩自点火或通过例如火花塞点火而点火的气体。因此，本发明不应限于任何具体的可燃气体。然而，作为非限制性示例，可燃气体可以是天然气，这将在下文进一步描述。当然可以想到其它替代物，例如DME或沼气等。可以在气箱中提供的可燃气体可以是液相和气相。因此，术语“可燃气体”应被解释为包括液化气体和气相气体。因此，气箱的下部部分可提供有液体可燃气体，而气箱的上部部分可提供有气相可燃气体。
此外，双燃料内燃发动机的空气入口应当理解为是指入口，在该入口处，空气被提供给内燃发动机的入口歧管。它还应被理解为是指入口歧管本身。因此，可燃气体可以作为与入口歧管处的空气的混合物而从附加气箱输送到双燃料内燃发动机。
如上所述，可燃气体可以是液相和气相。因此，在下文和整个说明书中，术语“流体连通”应被解释为液体和气体两者的流体连通。
本发明的优点在于改进了双燃料内燃发动机的燃料消耗。原因在于，在重新填充气箱之前，不是如现有技术解决方案中所做的那样将过量气体排出气箱并输送到例如罐站或周围环境，而是可以通过将可燃气体输送到附加气箱来降低气箱的压力水平。因此，当排出气箱时，过量的气体可由附加气箱处理。由于来自气箱的过量气体可以储存在附加气箱中，而不是排放到周围环境中，因此该气箱装置更环保。
此外，通过布置与双燃料内燃发动机的空气入口流体连通的附加气箱，可以降低对附加气箱的压力水平要求。当经由空气入口将可燃气体输送到双燃料内燃发动机时，与将可燃气体输送到双燃料内燃发动机的燃料喷射器以实现其推进功能相比，压力需求较低。
根据示例性实施例，气箱装置可包括布置成在气箱和附加气箱之间流体连通的压缩机。
这样，从气箱输送到附加气箱的可燃气体可以被加压到预定限值。加压可燃气体的优点在于，在附加的气箱中可以储存/容纳更多的气体。此外，可能需要克服由双燃料内燃发动机的涡轮压缩机产生的压力。此外，压缩机可以由控制单元控制，用于将可燃气体可控地输送到附加气箱。例如，可以控制压缩机，以在预定条件期间将可燃气体输送到附加气箱。这样的预定条件例如可以是附加气箱具有足够的空间来接纳另外的可燃气体，或者气箱中的压力太高并且气箱需要通风等。
根据示例性实施例，气箱装置可包括定位在附加气箱下游的控制阀。
这样，可以可控地从附加气箱向双燃料内燃发动机提供可燃气体。因此，当用于从附加气箱接收可燃气体的条件有利时，双燃料内燃发动机可以从附加气箱接收可燃气体。控制阀可以例如由上述的控制单元控制。相应地，控制阀因此被构造为定位成在附加气箱和双燃料内燃发动机的空气入口之间流体连通。有利于从附加气箱接收可燃气体到双燃料内燃发动机的空气入口的条件可以包括例如足够的发动机温度和发动机后处理系统的足够操作等。
根据示例性实施例，气箱装置可以包括与气箱流体连通的气体导管，该气体导管被构造成与双燃料内燃发动机的燃料喷射系统流体连通，以从气箱供应可燃气体。
这样，双燃料内燃发动机也可以通过燃料喷射系统由可燃气体推进。
根据示例性实施例，气体导管可以包括用于将液化可燃气体转化成压缩可燃气体的装置。
这样，可燃气体可以从气箱以液相提供，然后转化成适于输送到燃料喷射系统的加压气相。因此，气体导管可以设置成连接到气箱的下部部分。
根据示例性实施例，用于将液化可燃气体转化成压缩可燃气体的装置可以包括燃料泵和与所述燃料泵成下游流体连通的蒸发单元。
术语“蒸发单元”应理解为将流体从液相转化成气相的设备或装置。作为非限制性示例，这种蒸发单元可以是热交换器。
因此燃料泵对液体可燃气体加压，然后输送到蒸发单元，蒸发单元将压缩液化气体转变成压缩气相，然后输送到双燃料内燃发动机的燃料喷射系统。
根据示例性实施例，气箱装置可以包括在用于将液化可燃气体转化成压缩可燃气体的装置下游的阀装置。阀装置例如可以是由上述控制单元或车辆的另一控制单元控制的压力调节器。
根据示例性实施例，气箱装置可以包括返回导管，该返回导管定位在用于将液化可燃气体转化成压缩可燃气体的装置的下游，并且布置成与气箱成上游流体连通。
返回导管的优点在于，当例如双燃料内燃发动机已经关闭时，加压可燃气体可以被重定向到气箱。这样，降低了气体被意外输送到车辆的燃料系统(例如柴油系统)的风险。
根据示例性实施例，返回导管可以定位成在阀装置和气箱之间流体连通。
这样，阀装置可被控制以将可燃气体输送到双燃料内燃发动机的燃料喷射系统，或输送回到气箱。
因此，根据示例性实施例，阀装置可以被构造成可控制地向双燃料内燃发动机的燃料喷射系统和气箱提供压缩可燃气体。
根据示例性实施例，气箱装置可以包括在用于将液化可燃气体转化成压缩可燃气体的装置下游的压缩可燃气箱。
这样，提供了一种用于高压可燃气体的储存箱，当需要时，该储存箱能够将高压可燃气体输送到双燃料内燃发动机的燃料喷射系统。
根据示例性实施例，气箱可以是气体压力容器。根据示例性实施例，附加气箱可以是附加气体压力容器。应当容易理解，压缩可燃气箱也可以是气体压力容器。压力容器是有利的，因为它们可以储存和容纳高压气体。
根据示例性实施例，可燃气体可以是天然气。天然气是一种众所周知的可燃气体，目前可以在多个加气站提供。
根据本发明的第二方面，提供了一种包括双燃料内燃发动机、燃料箱和根据本发明的第一方面的上述示例性实施例中的任一个的气箱装置的车辆，其中双燃料内燃发动机布置在燃料箱和气箱装置的下游。
该第二方面的效果和特征在很大程度上类似于以上关于本发明的第一方面描述的那些效果和特征。
当研究所附权利要求和以下描述时，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。技术人员认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以组合本发明的不同特征以产生不同于以下描述的实施例。
附图说明
通过对本发明的示例性实施例的以下说明性和非限制性详细描述，将更好地理解本发明的上述以及附加目的、特征和优点，其中：
图1是示出卡车形式的车辆的示例性实施例的横向侧视图；和
图2是示出根据本发明的气箱装置的示例性实施例的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同形式来具体化，并且不应当被解释为限于本文提出的实施例；相反，提供该实施例是为了彻底性和完整性。在整个说明书中，类似的附图标记表示类似的元件。
特别参照图1，提供了包括双燃料内燃发动机200的车辆1。双燃料内燃发动机200连接到燃料箱(例如柴油箱)和气箱装置100，该气箱装置100将在下文中结合图2的描述进行更详细的描述。因此，双燃料内燃发动机200由常规燃料(例如柴油或汽油)以及可燃气体(例如压缩天然气、DME、沼气等)推进。为了简化理解，可燃气体在下文中将被称为天然气，其是液相、即液体/液化天然气，或者是气相。天然气可以是压缩天然气。图1所示车辆1是重型车辆，本文中是卡车的形式，本发明的气箱装置100特别适合于该重型车辆。
现在参照图2，示出了根据本发明的气箱装置100的一个示例性实施例。气箱装置100包括用于储存天然气的气箱102。天然气在气箱的下部部分中为液相，在气箱102的上部部分为气相。此外，气箱102优选是布置成储存稍微压缩的天然气的气箱压力容器。作为非限制性示例，气箱可以在0-16巴之间加压。
气箱102还包括用于监测气箱102的状态的各种传感器。在图2所示实施例中，传感器是用于监测气箱102的温度的气箱温度传感器107、用于监测气箱102中的液化天然气的液位的气箱气体液位传感器109和用于监测气箱102的压力水平的气箱压力传感器111。
此外，压缩机108布置在气箱102的下游。特别地，压缩机108通过导管103连接到气箱102的上部部分。因此压缩机108被布置成接收来自气箱102的气相天然气。术语“压缩机”应理解为能够增加天然气的压力的设备。因此，压缩机108同样可以是泵，或者是任何其它的气体压力增加装置。
此外，附加气箱104布置在压缩机108的下游，并且经由导管105与压缩机108流体连通。因此，附加气箱104可被视为缓冲箱，由此可以接收来自压缩机108的压缩天然气。附加气箱104可以是附加气体压力容器。作为非限制性示例，附加气箱104的压力水平可以在例如30-200巴之间。此外，控制阀110布置在附加气箱104的下游，在附加气箱104和双燃料内燃发动机200的空气入口106之间流体连通。因此，借助于控制阀110，能够将压缩天然气从附加气箱104输送到内燃发动机200的入口歧管，从而将空气和压缩天然气的混合物提供到入口歧管。
此外，用于将液化天然气、即液相天然气转化成压缩天然气的装置114布置在气箱102的下游。更具体地，用于将液化天然气转化成压缩天然气的装置114被连接到气箱102的下部部分，用于从气箱102的下部部分接收液化天然气。应当理解，用于将液化天然气转化成压缩天然气的装置114可以是用于将液化天然气转化成压缩天然气的任何合适的转化器装置。在图2所示的示例性实施例中，用于将液化天然气转化成压缩天然气的装置114包括燃料泵116和蒸发单元118。因此燃料泵116对从气箱102接收的液化天然气加压，然后蒸发单元118将液化天然气转化成气相的压缩天然气。还应当注意，燃料泵116可以是能够增加液化天然气的压力并将其输送到蒸发单元118的任何合适的设备。
此外，可燃气箱124布置在用于将液化天然气转化成压缩天然气的装置114的下游。更具体地，可燃气箱124被设置在蒸发单元118的下游，因此被构造成接收和储存/容纳来自蒸发单元118的压缩天然气。可燃气箱124可以是可燃气体压力容器。作为非限制性示例，可燃气箱124可以被加压到大约300巴。
此外，阀装置120被设置在可燃气箱124的下游。在图2所示的实施例中，阀装置120是三通阀，其还连接到返回导管122和双燃料内燃发动机200的燃料喷射系统(未示出)。当然，也可以设想其它类型的阀。例如，阀装置120可以是四通阀，其也能够将压缩天然气排放到排放箱等。
因此，阀装置120被构造成可控制地将压缩天然气输送到双燃料内燃发动机200的燃料喷射系统。然而，在例如双燃料内燃发动机被关闭并且在位于可燃气箱124和阀装置120之间的导管中存在压缩天然气的情况下，阀装置120被构造成将压缩天然气经由返回导管122可控制地提供回到气箱102。因此，返回导管122被设置成在阀装置120和气箱102之间流体连通。
在正常的操作条件期间，双燃料内燃发动机200被操作并且由压缩天然气提供燃料，该压缩天然气来自气箱102，并且经由气体导管112进入双燃料内燃发动机200的燃料喷射系统，气体导管112包括燃料泵116、蒸发单元118和可燃气箱124。作为非限制性示例，双燃料内燃发动机200可以最多95％以压缩天然气操作，并且以大约5％的诸如柴油这样的可燃燃料操作。
图2所示的气箱装置100还包括控制单元126。如图2所示，控制单元126连接到气箱温度传感器107、气箱气体液位传感器109、气箱压力传感器111、压缩机108、附加气箱104和控制阀110。控制单元126也可以(图2中未示出)连接到阀装置120。
下面将更详细地描述图2中所示的气箱装置100如何工作。如上所述，在正常的操作条件期间，液化天然气从气箱102输送到燃料泵116和蒸发单元118，以用于转化成压缩天然气，随后压缩天然气被供应到双燃料内燃发动机200的燃料喷射系统，用于推进双燃料内燃发动机200。然而，在某些情况下，需要对气箱102排气，使得例如其中的压力水平降低。这通常是在重新填充气箱102之前、当气箱102的温度太高时或者当液化天然气的液位太高时，等等。
如上所述，控制单元126连接到气箱温度传感器107、气箱气体液位传感器109和气箱压力传感器111。这样，控制单元从这些传感器接收关于气箱102的当前状态的信息。控制单元126还接收来自附加气箱104的关于其状态例如燃料液位、压力水平等的信号。通过接收到的信息，控制单元126控制压缩机108和控制阀110。
例如，如果希望对气箱102排气，即控制单元126从例如气箱压力传感器111接收到气箱102的压力水平已经超过或将要超过最大允许压力限值的信号，则控制单元126控制压缩机108开始向附加气箱104泵送天然气。优选地，控制单元126在泵送天然气之前已经从附加气箱104接收到足够空间可用的信号。控制单元还可以从气箱温度传感器107接收气箱温度高于或接近最大允许温度限值的信号，或者从气箱气体液位传感器109接收液化天然气液位太高而需要对气箱102排气的信号。因此，控制单元126接收来自气箱102和附加气箱104两者的信号，控制单元126评估该信号，然后相应地控制压缩机108和/或控制阀110。
此外，控制单元126可以控制控制阀110，以在适当时将压缩天然气输送到双燃料内燃发动机200的空气入口。当双燃料内燃发动机200允许时，并且当然当附加天然气箱104包括足够量的压缩天然气时，应当完成压缩天然气从附加天然气箱104到双燃料内燃发动机200的空气入口的输送。有利于将天然气输送到入口岐管的、双燃料内燃发动机200的条件可以是：当双燃料内燃发动机的操作温度已经达到预定温度限值时和/或当后处理系统已经达到预定操作温度限值时等。
因此，概括地说，控制单元126接收来自气箱102的包括气箱102状态的信息的一个信号或多个信号。控制单元126还接收来自附加气箱104的信号。如果来自气箱102的信号指示需要/期望对气箱102排气，并且来自附加气箱104的信号指示空间可用于接收压缩天然气，则控制单元126向压缩机108发出控制信号，以将天然气从气箱102泵送和压缩到附加气箱104。控制单元126还控制控制阀110，以被布置在关闭状态以防止压缩天然气被输送到双燃料内燃发动机200的空气入口，或者被设置在打开状态以便在双燃料内燃发动机200允许时允许压缩天然气被输送到双燃料内燃发动机200的空气入口。因此，应当理解，控制单元也直接地或经由车辆的另一控制单元126连接到双燃料内燃发动机200。
应当理解，本发明不限于上述和附图中示出的实施例；相反，技术人员将认识到，可以在所附权利要求的范围内进行许多改变和修改。例如，返回导管122不必连接到阀装置120。相反，返回导管122同样也可以连接到可燃气箱124和阀装置120之间或蒸发单元118和可燃气箱124之间的导管。此外，图2中所示的各种部件和/或装置不必必须连接到同一个控制单元。当然可以将它们连接到彼此相互作用的单独或不同的控制单元。

Claims (15)

1.一种用于双燃料内燃发动机(200)的气箱装置(100)，所述气箱装置(100)包括用于容纳可燃气体的气箱(102)，其中，所述气箱装置(100)还包括位于所述气箱(102)下游的附加气箱(104)，其中，所述附加气箱(104)被构造为布置成与所述双燃料内燃发动机(200)的空气入口(106)上游流体连通，以经由所述空气入口(106)将可燃气体输送到所述双燃料内燃发动机(200)，所述气箱装置还包括控制单元，其中，所述控制单元被配置成：接收指示所述气箱(102)内的气体压力水平的信号，接收指示所述附加气箱(104)内的可用空间的信号，并且在所述气箱(102)内的气体压力水平高于预定的气体压力阈值极限且所述附加气箱(104)内有足够空间可用时控制可燃气体从所述气箱(102)供应到所述附加气箱(104)。
2.根据权利要求1所述的气箱装置(100)，其特征在于，所述气箱装置(100)包括压缩机(108)，所述压缩机(108)被布置成在所述气箱(102)和所述附加气箱(104)之间流体连通。
3.根据权利要求1或2所述的气箱装置(100)，其特征在于，所述气箱装置(100)包括控制阀(110)，所述控制阀(110)被设置在所述附加气箱(104)的下游。
4.根据权利要求1或2所述的气箱装置(100)，其特征在于，所述气箱装置(100)包括气体导管(112)，所述气体导管(112)与所述气箱(102)流体连通，并且被构造为布置成与所述双燃料内燃发动机(200)的燃料喷射系统流体连通，以从所述气箱(102)供应可燃气体。
5.根据权利要求4所述的气箱装置(100)，其特征在于，所述气体导管(112)包括用于将液化可燃气体转化成压缩可燃气体的装置(114)。
6.根据权利要求5所述的气箱装置(100)，其特征在于，所述用于将液化可燃气体转化成压缩可燃气体的装置(114)包括燃料泵(116)和与所述燃料泵(116)下游流体连通的蒸发单元(118)。
7.根据权利要求5所述的气箱装置(100)，其特征在于，所述气箱装置(100)包括阀装置(120)，所述阀装置（120）位于所述用于将液化可燃气体转化成压缩可燃气体的装置(114)的下游。
8.根据权利要求7所述的气箱装置(100)，其特征在于，所述气箱装置(100)包括返回导管(122)，所述返回导管(122)被设置在所述用于将液化可燃气体转化成压缩可燃气体的装置(114)的下游，并且布置成与所述气箱(102)上游流体连通。
9.根据权利要求8所述的气箱装置(100)，其特征在于，所述返回导管(122)被设置成在所述阀装置(120)和所述气箱(102)之间流体连通。
10.根据权利要求7所述的气箱装置(100)，其特征在于，所述阀装置(120)被构造成以可控制方式向所述双燃料内燃发动机(200)的燃料喷射系统和所述气箱(102)提供压缩可燃气体。
11.根据权利要求5所述的气箱装置(100)，其特征在于，所述气箱装置(100)包括压缩可燃气箱(124)，所述压缩可燃气箱(124)位于所述用于将液化可燃气体转化成压缩可燃气体的装置(114)的下游。
12.根据权利要求1或2所述的气箱装置(100)，其特征在于，所述气箱(102)是气体压力容器。
13.根据权利要求1或2所述的气箱装置(100)，其特征在于，所述附加气箱(104)是附加的气体压力容器。
14.根据权利要求1或2所述的气箱装置(100)，其特征在于，所述可燃气体是天然气。
15.一种车辆(1)，所述车辆包括双燃料内燃发动机(200)、燃料箱和根据前述权利要求中任一项所述的气箱装置(100)，其中，所述双燃料内燃发动机(200)被布置在所述燃料箱和所述气箱装置(100)的下游。
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