CN110318914A - 天然气发动机lng汽化速率、气缸温度控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供天然气发动机LNG汽化速率、气缸温度控制系统及控制方法，从LNG储罐流出的液态天然气在汽化器中受热汽化，进入稳压器稳压，再经过燃气滤清器过滤进入预混器，与空气形成均质可燃混合气，并进入发动机的气缸进行燃烧做功；发动机的冷却水出口分成两个支路，第一支路依次安装节温器、散热器、水泵并连接发动机的冷却水进口，第二支路连接膨胀水箱，膨胀水箱通过冷却水道连接汽化器，汽化器连接散热器。本发明在冷却水道上，设置了冷却水回流管与回流管阀，考虑了冷却水流量、温度两种因素对LNG汽化速率的影响，ECU合理调控用于冷却发动机与用于加热LNG的冷却水流量的分配，进而调控LNG的汽化速率与发动机气缸温度。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种发动机控制系统及其控制方法，具体地说是天然气发动机控制系统及其控制方法。
背景技术
液化天然气(LNG)主要由甲烷等碳氢化合物组成，在燃烧后排放性能较好，作为一种高效、优质的清洁能源，储量丰富、成本较低，受到广泛关注，可用作气体发动机的燃料。
在运输与储存过程中，天然气以低温液态形式储存在储罐中。在实际的使用过程中，供给系统中的汽化器将低温储存的液态天然气经过加热汽化，转化为符合发动机需要的状态，输送到气缸内，进行燃烧。现阶段的天然气发动机大多使用水浴式汽化器，汽化过程中所需要的热量由发动机的冷却水提供。在换热过程中，热液为冷却水，输出热量；冷液为LNG，接收热量。
LNG的汽化速率受到流入汽化器的冷却水流量、温度影响。进入汽化器的冷却水流量越大、温度越高，LNG的汽化速率越快。同时，天然气的供给速率也会对发动机做功产生影响。发动机由于冷却、LNG汽化速率等因素的影响，温度会出现过高或过低的现象。流出发动机的冷却水，一部分流入汽化器，用于加热LNG，影响汽化速率；另一部分继续在冷却回路中循环，影响发动机的冷却。现有技术难以精确控制两部分冷却水流量的分配，同时难以精确控制LNG汽化速率和发动机气缸温度。
发明内容
本发明的目的在于提供解决天然气发动机气缸温度过高、过低等问题的天然气发动机LNG汽化速率、气缸温度控制系统及控制方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明天然气发动机LNG汽化速率、气缸温度控制系统，其特征是：包括汽化器、稳压器、燃气滤清器、预混器、散热器、节温器、膨胀水箱，LNG储罐依次连接汽化器、稳压器、燃气滤清器、预混器、发动机，从LNG储罐流出的液态天然气在汽化器中受热汽化，进入稳压器稳压，再经过燃气滤清器过滤进入预混器，与空气形成均质可燃混合气，并进入发动机的气缸进行燃烧做功；发动机的冷却水出口分成两个支路，第一支路依次安装节温器、散热器、水泵并连接发动机的冷却水进口，第二支路连接膨胀水箱，膨胀水箱通过冷却水道连接汽化器，汽化器连接散热器。
本发明天然气发动机LNG汽化速率、气缸温度控制系统还可以包括：
1、膨胀水箱与汽化器之间的冷却水道上设置冷却水回流管，冷却水回流管的首尾均连接冷却水道，冷却水回流管上安装冷却水回流管阀。
2、节温器之前的第一支路上安装冷却回路电磁阀；汽化器与稳压器之间安装燃气开关电磁阀，燃气滤清器与预混器之间安装喷气阀，发动机的冷却水出口安装温度传感器，冷却水回流管阀、冷却回路电磁阀、温度传感器均连接电控系统ECU。
本发明天然气发动机LNG汽化速率、气缸温度控制方法，其特征是：冷却水流出发动机后，其中一部分通过第一支路流进节温器，继续在冷却回路中循环；另一部通过第二支路分流进膨胀水箱，通过冷却水道流进汽化器的热液进口，用于为LNG的汽化提供热量；温度信号通过温度传感器传递给电控系统ECU，当测定的温度高于设定值的5％，ECU控制冷却水回流管阀开启至高温冷却水回流5％，流进汽化器热液进口的冷却水流量下降；当发动机的气缸温度高于设定值的10％时，ECU控制回流管阀开启至使高温冷却水回流10％，流进汽化器热液进口的冷却水流量下降，使LNG汽化速率下降，供给发动机的气态天然气流量下降，发动机做功速率下降。
本发明天然气发动机LNG汽化速率、气缸温度控制方法还可以包括：
1、温度传感器测定温度低于设定值的5％时，电控系统ECU控制冷却回路里的冷却回路电磁阀的阀门开度减小至流入冷却回路的冷却水流量减小5％，流入膨胀水箱的冷却水流量增大，即流入汽化器热液进口的冷却水流量增大；当测得的发动机的气缸温度低于设定值的10％时，ECU控制冷却回路里的冷却回路电磁阀开度减小至流入冷却回路的冷却水流量减小10％，流入膨胀水箱、汽化器热液进口的冷却水流量更大，LNG汽化速率加快，供给发动机的气态天然气流量上升，发动机做功速率上升。
本发明的优势在于：本发明在膨胀水箱与汽化器之间的冷却水道上，设置了冷却水回流管与回流管阀，考虑了冷却水流量、温度两种因素对LNG汽化速率的影响，ECU合理调控用于冷却发动机与用于加热LNG的冷却水流量的分配，进而调控LNG的汽化速率与发动机气缸温度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
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，本发明一种天然气发动机LNG汽化速率、气缸温度控制系统及方法，包括天然气发动机8，天然气供给系统，冷却系统，和电控系统ECU15。
天然气供给系统包括：LNG储罐1、汽化器2、燃气开关电磁阀3、稳压器4、燃气滤清器5、喷气阀6、预混器7，从LNG储罐1流出的液态天然气在汽化器2中受热汽化，经过燃气开关电磁阀3进入稳压器4稳压，再经过燃气滤清器5过滤，经过喷气阀6进入预混器7，与空气形成均质可燃混合气，并进入发动机8的气缸进行燃烧做功。
冷却系统包括冷却回路电磁阀12、节温器11、散热器10、水泵9，从发动机8流出的冷却水，其中一部分经过冷却回路电磁阀12的控制，流经节温器11，经过散热器10散热，由水泵9供给发动机8用于冷却，构成冷却回路。
另一部分从发动机8流出的冷却水，流进膨胀水箱14，经过冷却水道17，流进汽化器2的热液进口，用于为LNG的汽化提供热量，冷却水道17上，设有冷却水回流管16。
电控系统ECU15与冷却水回流管阀18、温度传感器13、冷却回路电磁阀12相连，监测发动机出水温度、发动机出水流量、流进冷却回路的冷却水流量、流进膨胀水箱的冷却水流量，合理控制冷却回路电磁阀12的开度与冷却水回流管阀18的开度。
冷却水流出发动机8后，其中一部分流进节温器11，继续在冷却回路中循环；另一部分流进膨胀水箱14，通过冷却水道17流进汽化器2的热液进口，用于为LNG的汽化提供热量。当发动机8的气缸温度偏高，流出发动机8的冷却水温度也会升高。温度信号通过温度传感器13传递给电控系统ECU15，当测定的温度高于设定值的5％，ECU15控制冷却水回流管阀18开启至高温冷却水回流5％，则流进汽化器2热液进口的冷却水流量下降，LNG汽化速率不至于因冷却水温升高而上升过快。当发动机8的气缸温度高于设定值的10％时，ECU15控制回流管阀18开启至使高温冷却水回流10％，流进汽化器2热液进口的冷却水流量下降，使LNG汽化速率下降，供给发动机8的气态天然气流量下降，发动机8做功速率下降，气缸温度回归为正常水平。
当发动机8的气缸温度偏低，流出发动机8的冷却水温度也会下降。传感器13测定温度低于设定值的5％时，电控系统ECU15控制冷却回路里的电磁阀12阀门开度减小至流入冷却回路的冷却水流量减小5％，流入膨胀水箱14的冷却水流量增大，即流入汽化器2热液进口的冷却水流量增大，LNG汽化速率不至于因冷却水温度降低而下降过快。当测得的发动机8的气缸温度低于设定值的10％时，ECU15控制冷却回路里的电磁阀12开度减小至流入冷却回路的冷却水流量减小10％，流入膨胀水箱14、汽化器2热液进口的冷却水流量更大，LNG汽化速率加快，供给发动机8的气态天然气流量上升，发动机8做功速率上升，气缸温度回归至正常水平。
Claims (5)
1.天然气发动机LNG汽化速率、气缸温度控制系统，其特征是：包括汽化器、稳压器、燃气滤清器、预混器、散热器、节温器、膨胀水箱，LNG储罐依次连接汽化器、稳压器、燃气滤清器、预混器、发动机，从LNG储罐流出的液态天然气在汽化器中受热汽化，进入稳压器稳压，再经过燃气滤清器过滤进入预混器，与空气形成均质可燃混合气，并进入发动机的气缸进行燃烧做功；发动机的冷却水出口分成两个支路，第一支路依次安装节温器、散热器、水泵并连接发动机的冷却水进口，第二支路连接膨胀水箱，膨胀水箱通过冷却水道连接汽化器，汽化器连接散热器。
2.根据权利要求1所述的天然气发动机LNG汽化速率、气缸温度控制系统，其特征是：膨胀水箱与汽化器之间的冷却水道上设置冷却水回流管，冷却水回流管的首尾均连接冷却水道，冷却水回流管上安装冷却水回流管阀。
3.根据权利要求1或2所述的天然气发动机LNG汽化速率、气缸温度控制系统，其特征是：节温器之前的第一支路上安装冷却回路电磁阀；汽化器与稳压器之间安装燃气开关电磁阀，燃气滤清器与预混器之间安装喷气阀，发动机的冷却水出口安装温度传感器，冷却水回流管阀、冷却回路电磁阀、温度传感器均连接电控系统ECU。
4.天然气发动机LNG汽化速率、气缸温度控制方法，其特征是：冷却水流出发动机后，其中一部分通过第一支路流进节温器，继续在冷却回路中循环；另一部通过第二支路分流进膨胀水箱，通过冷却水道流进汽化器的热液进口，用于为LNG的汽化提供热量；温度信号通过温度传感器传递给电控系统ECU，当测定的温度高于设定值的5％，ECU控制冷却水回流管阀开启至高温冷却水回流5％，流进汽化器热液进口的冷却水流量下降；当发动机的气缸温度高于设定值的10％时，ECU控制回流管阀开启至使高温冷却水回流10％，流进汽化器热液进口的冷却水流量下降，使LNG汽化速率下降，供给发动机的气态天然气流量下降，发动机做功速率下降。
5.根据权利要求4所述的天然气发动机LNG汽化速率、气缸温度控制方法，其特征是：温度传感器测定温度低于设定值的5％时，电控系统ECU控制冷却回路里的冷却回路电磁阀的阀门开度减小至流入冷却回路的冷却水流量减小5％，流入膨胀水箱的冷却水流量增大，即流入汽化器热液进口的冷却水流量增大；当测得的发动机的气缸温度低于设定值的10％时，ECU控制冷却回路里的冷却回路电磁阀开度减小至流入冷却回路的冷却水流量减小10％，流入膨胀水箱、汽化器热液进口的冷却水流量更大，LNG汽化速率加快，供给发动机的气态天然气流量上升，发动机做功速率上升。
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| CN111997789A (zh) * | 2020-08-19 | 2020-11-27 | 哈尔滨工程大学 | 一种加热介质可选的天然气发动机供气系统 |
| CN114179975A (zh) * | 2021-11-25 | 2022-03-15 | 江南造船(集团)有限责任公司 | 液化气船蒸发器温控系统、方法及设备 |
| CN116220962A (zh) * | 2023-05-06 | 2023-06-06 | 四川华气动力有限责任公司 | 一种用于炼化高炉尾气的大功率燃气发动机 |
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