CN111472890A - 一种利用燃气冷能实现节能减排的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用燃气冷能实现节能减排的系统，这种利用燃气冷能实现节能减排的系统通过在外部燃气通道内设置外流量传感器能够检测外部燃气通道输送的燃气流量，根据该燃气流量能够准确地确定发动机的火力，进而使用时能够清楚地掌握发动机目前的火力；能够优化空燃比、燃气喷射量控制、点火提前角控制、增压器废气放气阀的开度控制以及节气门开度控制，特别是当燃气和空气温差较大时也能及时实现燃气和空气的温差减少或使其接近或相等，提高燃气发动机空燃比控制精度促进其动力性，经济性提高，排放出的尾气污染物减少。

Description

一种利用燃气冷能实现节能减排的系统

技术领域

本发明属于发动机节能减排的技术领域，具体涉及一种利用燃气冷能实现节能减排的系统。

背景技术

从发动机的能量热平衡角度分析，一般发动机输出的有效功率只占燃油燃烧总热量的20％-40％左右，其余热能量则主要通过排气和冷却介质(冷却水、机油散热等)被传递到大气环境中。由此可以看出，对于车用发动机，其余热能量具有很大的节能潜力，余热能回收利用技术有广泛的应用空间。目前，发动机余热能利用技术主要集中在增压、余热制冷、余热取暖、余热发电和改良燃料燃烧性能等几个方面。在当前车用余热利用的各种技术方案中，朗肯循环余热回收技术的热效率最高，是最有可能首先实现产业化的技术。

目前，使用燃气作为清洁燃料的发动机在国内外发展很快，随着社会进步对节能减排的要求，现有的燃气发动机需进一步优化空燃比、燃气喷射量控制、点火提前角控制、增压器废气放气阀的开度控制以及节气门开度控制，从而提高燃烧效率。在对发动机进行以上控制时，空气温度、燃气温度、水温是重要的控制参数，现有技术中，对空气温度、燃气温度、水温的控制不够精确，致使空燃比、燃气喷射量、点火提前角、增压器废气放气阀的开度以及节气门开度不够准确，燃烧效率降低。

以空燃比的控制进行说明，空燃比主要受空气和燃气的质量密度变化影响，空气的质量密度变化又主要受季节、海拔、纬度、环境等因素的影响，燃气的质量密度变化主要受燃气压力、温度、热值、组份等因素影响。

空气温度受季节、海拔、纬度、环境等因素影响最大，此外受机仓散热、空气滤清器的安装位置、空气增压机的工况、中冷器的冷却效率等综合因素影响，使进入发动机的空气温度达－20～90℃变化，造成其质量密度变化巨大。

在影响燃气质量密度的多种参数中，以燃气温度为例进行说明，燃气温度除了受储存形态、压力、大气环境温度的变化影响外，还受发动机热负荷变化、减压节流吸热量，加热气化专用装置的效率等诸多复杂因素的影响，可造成燃气温度在-20～90℃的范围内变化，导致燃气质量密度的变化巨大。

气体温度每变化1℃时，气体的体积变化约为1/273，当燃气与空气的温度变化巨大使空燃比的控制误差超过5％，会导致发动机燃烧稳定性变差，使发动机的可靠性、动力性、经济性、排放指标也随之降低。

现有技术中对进入发动机的空气和燃气采用了以下几种温控技术：

1)采用增压中冷技术降低发动机空气进气温度提高充气效率(通常要求经中冷器冷却后的空气温应<50℃)，但是，当发动机使用环境在高寒、高温或高海拔地区负荷变化巨大时，通过中冷器冷却后的空气温度与大气环境会有数拾度的温差。

2)燃气与空气混合前，需要采用燃气减压调节器对其压力进行稳压调整，为了避免因减压节流降温引起的燃气中的饱和水变成游离水，造成对减压调节器阀口的冲击损坏，采用发动机循环水对减压调节器高压减压阀体加热，同时，也适当地提高了燃气温度，但是，这种燃气的温升是被动的，无法对燃气温度起到调节作用，当发动机处于较小负荷工况时，加热充分，燃气温度升高、质量密度降低；发动机负荷大时，加热强度不足，燃气温度降低、质量密度升高；发动机台架试验证明其温差可达0～50℃，发动机功率和扭矩相差高达20％以上。

3)燃气必须经过液转气的气化转换，与空气充分混合后，才能输入发动机参与燃烧；气化转换往往采用发动机循环热水对通过热交换器内的液态燃气进行加热，这种单一加热方式的缺点是：当发动机水温>90℃，处于较小负荷工况时，加热强度很高，使燃气温度提高，质量密度随之降低；在高寒地区因环境温度太低尽管发动机处于大负荷工况其水温也会<75℃，也会造成对燃气加热强度不足，使燃气温度降低，其质量密度随之升高；发动机台架和道路试验证明，燃气温差可达0～100℃，发动机功率和扭矩相差高达20％以上。

现有技术中，对进入发动机的混合气的空燃比采用的控制技术有：

1)机械方式：固定空气与燃气通道，减压调节器随发动机功况变化随机调节燃气压力及流量，机械零件设计相对固定，优点：结构简单成本低；缺点：空燃比随着空气与燃气温差变化而变化，且变化范围较大，导致发动机动力性及其他性能不稳定。

2)电控方式：根据发动机功况变化，采集空气、燃气压力及温度数据，计算空气和燃气的质量密度，再结合氧传感器釆集到的空燃比等信息，对燃气流量进行调节。开环电控调节是根椐预先设定的燃气流量脉谱进行调节，闭环电控调节是根椐预先设定的控制目标对燃气流量脉谱进行自动修正调节。但空气与燃气温度随发动机工况变化在非可控情况下温差变化较大，气体质量密度变化巨大，当空燃比的控制误差>5％，会导致发动机燃烧稳定性变差，使功率、扭矩下降，排放性能变差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够优化空燃比、燃气喷射量控制、点火提前角控制、增压器废气放气阀的开度控制以及节气门开度控制，特别是当燃气和空气温差较大时也能及时实现燃气和空气的温差减少或使其接近或相等，提高燃气发动机空燃比控制精度促进其动力性，经济性提高，排放出的尾气污染物减少的利用燃气冷能实现节能减排的系统。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种用于发动机的调节阀，包括：

阀体，所述阀体在入口端口和出口端口之间的内室中容纳阀元件，所述阀元件调节通过所述阀体的燃料流量；

致动器，所述致动器被联接成使所述阀元件相对于所述阀体移动；

控制器，所述控制器配置成基于差压和绝对压力测量值经由所述致动器调节所述阀体的位置，以实现通过所述阀体的所述燃料的目标质量流量；

连通至所述阀体的外部燃气通道，所述阀体能够控制所述外部燃气通道内的燃气流量，其中流量传感器，其包括外流量传感器，其设置在所述外部燃气通道上，用于检测所述外部燃气通道内的燃气流量；

差压和绝对压力传感器，所述差压和绝对压力传感器被布置成提供所述压力测量值。

上述的用于发动机的调节阀，所述调节阀还包括连通至所述阀体的内部燃气通道，所述阀体还能够控制所述内部燃气通道内的燃气流量，所述流量传感器还包括内流量传感器，其设置在所述内部燃气通道上，用于检测所述内部燃气通道内的燃气流量。

上述的用于发动机的调节阀，所述差压传感器流体地联接到上游压力探针和下游压力探针，使得所述差压测量值对应于所述阀元件上的差压。

上述的用于发动机的调节阀，所述上游压力探针包括皮托管探针，并且所述下游压力探针包括静压力探针。

上述的用于发动机的调节阀，所述调节阀还包括阀杆，所述阀杆连接至所述阀体，并且相对于所述阀体可旋转，所述阀体上设置有微动开关，且所述阀杆上设置有触动件，所述触动件在所述阀杆转动时能够触发所述微动开关。

上述的用于发动机的调节阀，所述流量传感器设置在靠近所述阀体的位置处。

上述的用于发动机的调节阀，所述调节阀还包括连通至所述阀体的内部燃气通道，所述阀体还能够控制所述内部燃气通道内的燃气流量，其中所述阀体包括：

阀壳，其具有一个进气口和两个出气口，所述外部燃气通道和所述内部燃气通道分别连通至所述两个出气口；

阀芯，其可旋转地设置在所述阀壳内，所述阀芯具有阀芯燃气通道和与所述阀芯燃气通道连通的气孔，所述气孔在所述阀芯相对于所述阀壳旋转时与所述两个出气口配合来调节输送至所述外部燃气通道和所述内部燃气通道的燃气流量，

所述调节阀还包括阀杆，具有相对设置的第一端和第二端，所述第一端连接至所述阀芯，且所述第二端延伸到所述阀壳的外部。

上述的用于发动机的调节阀，所述调节阀还包括点火装置，所述点火装置连接所述阀杆的所述第二端，以通过操作所述点火装置转动所述阀杆。

一种利用燃气冷能实现节能减排的系统，包括上述任一项所述的用于发动机的调节阀；还包括与所述发动机相连的液化燃气传输线路和空气传输线路，控制所述燃气与空气之间的温差以及控制发动机运行的ECU；所述液化燃气传输线路包括液化燃气储气瓶，所述燃气储气瓶用于存储液化天然气，压缩天然气和液化石油气三者之一，所述燃气储气瓶通过燃气空气换热气化器和燃气热水换热气化器之一或者两者的串联与缓冲罐相连，所述缓冲罐通过过滤器和减压器与燃气喷嘴相连，所述燃气喷嘴将燃气喷射入发动机气缸内；

燃气温度传感器、发动机冷却水温度传感器和空气温度传感器，所述燃气温度传感器用于检测所述减压器减压后进入喷嘴前的燃气温度并将所述燃气温度传输给ECU，所述发动机冷却水温度传感器用于检测所述发动机出水温度并将所述发动机出水温度传输给所述ECU，所述空气温度传感器用于检测所述空气中冷器输出或节气门前的空气温度并将所述空气温度传输给所述ECU，所述ECU控制热水电磁阀和燃气空气换热气化器风机之一或者两者的工作，控制通过燃气热水换热气化器的热水量以及燃气空气换热气化器的通风量，使燃气和空气的温度之差小于设定阈值T。

上述的利用燃气冷能实现节能减排的系统，所述ECU包括信息输入模块、处理模块和信息输出模块；

所述信息输入模块与至少一个传感器相连，接收所述传感器送来的信号并对所述信号进行整形、放大处理、A/D转换，转变成计算机能接受的量程合适的数字信号；

所述处理模块内预存有控制策略，所述处理模块接收所述信息输入模块输入的信息并根据所述输入信息和控制策略进行分析和运算，产生控制命令；

所述信息输出模块与电子节气门，点火线圈，燃气喷嘴，燃气空气换热气化器风机，冷却水箱风机，空气中冷器风机，热水电磁阀之一或任意组合相连，所述信息输出模块将控制命令放大并输出，控制电子节气门，点火线圈，燃气喷嘴，燃气空气换热气化器风机，冷却水箱风机，空气中冷器风机，热水电磁阀之一或任意组合工作。

本发明的优点在于：本发明这种利用燃气冷能实现节能减排的系统通过在外部燃气通道内设置外流量传感器能够检测外部燃气通道输送的燃气流量，根据该燃气流量能够准确地确定发动机的火力，进而使用时能够清楚地掌握发动机目前的火力；能够优化空燃比、燃气喷射量控制、点火提前角控制、增压器废气放气阀的开度控制以及节气门开度控制，特别是当燃气和空气温差较大时也能及时实现燃气和空气的温差减少或使其接近或相等，提高燃气发动机空燃比控制精度促进其动力性，经济性提高，排放出的尾气污染物减少。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

本发明提供一种用于发动机的调节阀，其特征在于，包括：

阀体，所述阀体在入口端口和出口端口之间的内室中容纳阀元件，所述阀元件调节通过所述阀体的燃料流量；

致动器，所述致动器被联接成使所述阀元件相对于所述阀体移动；

控制器，所述控制器配置成基于差压和绝对压力测量值经由所述致动器调节所述阀体的位置，以实现通过所述阀体的所述燃料的目标质量流量；

连通至所述阀体的外部燃气通道，所述阀体能够控制所述外部燃气通道内的燃气流量，其中流量传感器，其包括外流量传感器，其设置在所述外部燃气通道上，用于检测所述外部燃气通道内的燃气流量；

差压和绝对压力传感器，所述差压和绝对压力传感器被布置成提供所述压力测量值。

进一步地，本发明一种用于发动机的调节阀的较佳实施例中，所述调节阀还包括连通至所述阀体的内部燃气通道，所述阀体还能够控制所述内部燃气通道内的燃气流量，所述流量传感器还包括内流量传感器，其设置在所述内部燃气通道上，用于检测所述内部燃气通道内的燃气流量。

进一步地，本发明一种用于发动机的调节阀的较佳实施例中，所述差压传感器流体地联接到上游压力探针和下游压力探针，使得所述差压测量值对应于所述阀元件上的差压。

进一步地，本发明一种用于发动机的调节阀的较佳实施例中，所述上游压力探针包括皮托管探针，并且所述下游压力探针包括静压力探针。

入口管包括由内凸缘a和外凸缘a包围的管状主体a。类似地，出口管包括由内凸缘b和外凸缘b包围的管状主体b。内凸缘a、b通过机械紧固件联接到阀体的配合凸缘。凸缘限定阀体的入口端口和出口端口。入口管能够通过外凸缘a联接到从燃料源102引出的上游管道。出口管能够通过外凸缘b联接到通往发动机的下游管道。

在阀体的凸缘之间设置内室以容纳阀元件。入口管和出口管的中心孔与阀体的入口端口和出口端口对齐，并且因此与内室流体连通以形成通过流量传感器的连续流动路径。阀元件可相对于阀体移动，以通过改变通过阀的流动路径的大小(“阀面积”)来调节通过其中的气体燃料的流量。缩小阀面积的阀元件的移动将减小燃料的质量流量，并且增大阀面积的移动将增加燃料质量流量。在该示例中，阀元件是安装在可旋转阀轴上的旋转蝶阀。阀轴联接到致动器的旋转驱动杆。致动器用作旋转定位器以将阀轴和因此阀元件旋转到指定的角度位置。在该示例中，致动器包括电磁伺服驱动系统，其包括位移传感器和集成控制器。然而，在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用其他合适的驱动系统，例如电液伺服驱动器、步进马达、气动致动器或有限角度扭矩马达。

阀元件其蝶形盘的面与阀体的入口端口完全对齐以阻止流体流动。阀元件沿着阀轴的中心轴线的逐渐旋转将蝶形盘转动至不与阀体的入口端口对齐，以逐渐打开流动路径并增大阀面积，这增加了输送到发动机的气体燃料的质量流量。阀元件可以通过致动器经由阀轴而旋转通过在完全关闭位置和完全打开位置之间的多个位置，在所述位置处蝶形盘被转动远离阀体的入口端口。

阀控制器可通信地联接到致动器。阀控制器的电路可以包括一个或多个微处理器，其被配置成执行存储在一个或多个存储器设备上的计算机可读指令以实现本文描述的任何控制操作。在使用期间，阀控制器提供位置命令信号，该信号由致动器的集成控制器接收并由驱动系统执行，以改变阀体内的阀元件的角位置，如上所述。阀控制器基于经由数据端口从ECU接收的燃料速率需求信号来导出位置命令信号。即，阀控制器确定对应于需要物理地实现燃料速率需求信号所指示的质量流量的阀面积的阀元件的角位置。在该示例中，阀控制器被配置成计算阀面积并且导出在亚音速和音速流动状态下对应的位置命令信号。此外，在一些示例中，阀控制器可以与致动器完全集成，使得阀控制器直接操作致动器的驱动系统。

在示例性实施例中，传感器模块经由数据传输电缆可通信地联接到阀控制器。传感器模块包括安装到出口管的外壳和封闭在外壳的内部空间内的一系列传感器，所述传感器以预定的采样率经由数据传输电缆连续地向阀控制器提供输出。阀控制器接收传感器输出信号并基于其中包含的数据计算必要的阀面积。在该示例中，传感器模块包括入口压力传感器、差压传感器和温度传感器。然而，在本公开的范围内也可以设想其他合适的传感器配置。燃料计量阀包括安装在入口管上的滞止压力探针以及安装在出口管上的静压力探针和温度探针。流体管线240将滞止压力探针流体地联接到传感器模块。

调节阀包括：入口压力传感器，其流体地联接到位于阀元件的入口侧的滞止压力探针；差压传感器，其流体地联接到滞止压力探针和位于阀元件的出口侧的静压力探针；以及温度传感器，其联接到位于阀元件的出口侧上的温度探针。入口压力传感器被适当地配置成测量由燃料源提供的气体燃料的进入流的绝对总压力。差压传感器被适当地配置成测量阀元件上的滞止-静差压。在一些示例中，差压传感器是双端口电阻式或电容式压力换能器。

阀控制器被配置成通过实施适当的流量方程促进经由致动器对阀元件的控制，该方程使用由传感器模块提供的传感器输出作为输入变量，以便满足由来自ECU的燃料速率需求信号指示的物理质量流量。

进一步地，本发明一种用于发动机的调节阀的较佳实施例中，所述调节阀还包括阀杆，所述阀杆连接至所述阀体，并且相对于所述阀体可旋转，所述阀体上设置有微动开关，且所述阀杆上设置有触动件，所述触动件在所述阀杆转动时能够触发所述微动开关。

进一步地，本发明一种用于发动机的调节阀的较佳实施例中，所述流量传感器设置在靠近所述阀体的位置处。

进一步地，本发明一种用于发动机的调节阀的较佳实施例中，所述调节阀还包括连通至所述阀体的内部燃气通道，所述阀体还能够控制所述内部燃气通道内的燃气流量，其中所述阀体包括：

阀壳，其具有一个进气口和两个出气口，所述外部燃气通道和所述内部燃气通道分别连通至所述两个出气口；

阀芯，其可旋转地设置在所述阀壳内，所述阀芯具有阀芯燃气通道和与所述阀芯燃气通道连通的气孔，所述气孔在所述阀芯相对于所述阀壳旋转时与所述两个出气口配合来调节输送至所述外部燃气通道和所述内部燃气通道的燃气流量，

所述调节阀还包括阀杆，具有相对设置的第一端和第二端，所述第一端连接至所述阀芯，且所述第二端延伸到所述阀壳的外部。

进一步地，本发明一种用于发动机的调节阀的较佳实施例中，所述调节阀还包括点火装置，所述点火装置连接所述阀杆的所述第二端，以通过操作所述点火装置转动所述阀杆。

阀芯在阀壳内部，相对于阀壳可旋转，从而调节通过该阀体的燃气量。调节阀还可以包括阀杆。阀杆具有相对设置的第一端和第二端。阀杆的第一端连接至阀芯，阀杆带动阀芯在阀壳内旋转。阀杆的第二端延伸到阀壳的外部。阀杆的第二端用于连接操作件，使用时通过操作该操作件来带动阀杆旋转。因此，从整体上看，阀杆相对于阀体可旋转。

使用时旋转该点火装置可以带动阀杆转动。在未示出的其它实施例中，操作件还可以具有其它结构和类型，只要能够转动阀杆即可。为了便于使用时操作，点火装置构造为能够在0-120度之间旋转。相应地，阀杆的旋转范围也可以为0-120度。可选地，阀杆也可以通过第一磁性件与操作件上的第二磁性件相互吸引而与操作件形成联动关系。在此情况下，第一磁性件可以安装在阀杆的第二端。利用传统的点火装置来操作阀杆，对现有技术的灶具改进较小，因此可以缩短产品的设计周期，并且产品的更新成本较低。

在一个优选实施例中，阀芯可以具有阀芯燃气通道、以及与该阀芯燃气通道连通的气孔。阀芯燃气通道连通至阀体的进气口。燃气经过进气口进入阀芯燃气通道内，并输送至阀芯上的气孔。气孔在阀芯相对于阀壳旋转时，能够与两个出气口配合，以调节输送至外部燃气通道和内部燃气通道的燃气流量。这种旋塞阀形式的调节阀属于机械部件，在日常频繁操作的情况下仍然能够保持较长的使用寿命，并且启闭迅速、轻便。此外，旋塞阀形式的调节阀还具有流体阻力小、阀结构简单、相对体积小、重量轻、便于维修、密封性能好、噪声小等诸多优点。

一种利用燃气冷能实现节能减排的系统，包括上述中任一项所述的用于发动机的调节阀；还包括与所述发动机相连的液化燃气传输线路和空气传输线路，控制所述燃气与空气之间的温差以及控制发动机运行的ECU；所述液化燃气传输线路包括液化燃气储气瓶，所述燃气储气瓶用于存储液化天然气，压缩天然气和液化石油气三者之一，所述燃气储气瓶通过燃气空气换热气化器和燃气热水换热气化器之一或者两者的串联与缓冲罐相连，所述缓冲罐通过过滤器和减压器与燃气喷嘴相连，所述燃气喷嘴将燃气喷射入发动机气缸内；

燃气温度传感器、发动机冷却水温度传感器和空气温度传感器，所述燃气温度传感器用于检测所述减压器减压后进入喷嘴前的燃气温度并将所述燃气温度传输给ECU，所述发动机冷却水温度传感器用于检测所述发动机出水温度并将所述发动机出水温度传输给所述ECU，所述空气温度传感器用于检测所述空气中冷器输出或节气门前的空气温度并将所述空气温度传输给所述ECU，所述ECU控制热水电磁阀和燃气空气换热气化器风机之一或者两者的工作，控制通过燃气热水换热气化器的热水量以及燃气空气换热气化器的通风量，使燃气和空气的温度之差小于设定阈值T。

进一步地，本发明一种利用燃气冷能实现节能减排的系统的较佳实施例中，所述ECU包括信息输入模块、处理模块和信息输出模块；

所述信息输入模块与至少一个传感器相连，接收所述传感器送来的信号并对所述信号进行整形、放大处理、A/D转换，转变成计算机能接受的量程合适的数字信号；

所述处理模块内预存有控制策略，所述处理模块接收所述信息输入模块输入的信息并根据所述输入信息和控制策略进行分析和运算，产生控制命令；

所述信息输出模块与电子节气门，点火线圈，燃气喷嘴，燃气空气换热气化器风机，冷却水箱风机，空气中冷器风机，热水电磁阀之一或任意组合相连，所述信息输出模块将控制命令放大并输出，控制电子节气门，点火线圈，燃气喷嘴，燃气空气换热气化器风机，冷却水箱风机，空气中冷器风机，热水电磁阀之一或任意组合工作。

在本实施方式中，具体的阈值T范围可根据具体情况设定，在本发明的一个更加优选的实施方式中，阈值T的范围为0～10℃，优选为<8℃。

在本实施方式中，采用的各个设备的功能描述如下：

燃气储气瓶：燃气储气瓶是燃气汽车重要的专用装置，液化天然气储气瓶额定工作压力≤1.6Mpa，，压缩天然气储气瓶额定工作压力25Mpa，液化石油气储气瓶额定工作压力2.2Mpa根据一次充气里程的需求，并结合车架可安装气瓶的空间尺寸来确定气瓶容积。

燃气过滤器，燃气的质量影响着供气系统和发动机的性能。在电磁阀截止阀的前面需要安装一个燃过滤器，它应该滤掉95％的0.3～0.6微米范围内的浮质，减少颗粒和油污染的可能性。

电磁截止阀，电磁截止阀在系统中作为一个安全开关。此阀是受控运行的，作用是开启或关断气源通路。

减压器，减压器根据发动机燃气喷嘴工况需要将燃气的压力从气瓶的存储压力减至2～9bar。CNG/LNG减压器宜安装在燃气热水换热气化器之前。

燃气空气换热气化器，燃气管道内的燃气与燃气管道壁外空气进行热交换，增用风扇吹扫燃气管道外壁会提高热交换强度，使经换热器出来的燃气温度被提高。燃气经燃气空气换热气化器加热，可使液态燃气气化后温升数拾度。使用CNG/LPG燃气可省略燃气空气换热气化器和缓充罐。

燃气热水换热气化器，燃气与发动机循环冷却液(热水)在换热器内交叉流动进行热交换，促使燃气温度升温，为了使升温后的燃气温度与中冷后的空气温差<5～10℃，必须对经换热器出来的燃气温升进行控制，为此用热水电磁阀控制流经燃气热水换热气化器的热水流量耒实现温控目标。

在本实施方式中，先将燃气通过减压调节阀减压，再通过喷嘴或混合器将低压燃气和空气混合形成混合气，然后将混合气吸入气缸，在压缩过程快结束时，用电火花点燃混合气。

在本实施方式中，还包括冷却水箱风机，所述冷却水箱风机的控制端与所述ECU相连，所述ECU通过控制所述冷却水箱风机的工作控制所述燃气热水换热气化器的通风量，调节所述燃气热水换热气化器内的水温。也可以包括空气中冷器风机，所述空气中冷器风机的控制端与所述ECU相连，所述ECU通过控制空气中冷器风机的工作控制空气中冷器的通风量，调节空气中冷器输出的空气温度。

在本实施方式中，如果中冷器与水箱串联设置共用水箱电风扇，所述ECU通过控制此电风扇的工作控制空气中冷器的通风量，调节空气中冷器输出的空气温度，中冷器后的空气温度>40℃即开启电风扇低速，中冷器后的空气温度>45℃即开启电风扇高速；发动机水温控制由节温器先导同歩控制，如果中冷器后的空气温度<45℃而水温>75℃也开启电风扇低速，而水温>80℃即开启电风扇高速；电风扇与节温器共同控制使中冷器后的空气温度在20～50℃，水温在80～90℃。但中冷器与水箱串联设置共用电风扇比分别设置电风扇节能效果差。

在本实施方式中，ECU包括信息输入模块、处理模块和信息输出模块；所述信息输入模块与至少一个传感器相连，接收所述传感器送来的信号并对所述信号进行整形、放大处理、A/D转换，转变成计算机能接受的量程合适的数字信号；所述处理模块内预存有控制策略，所述处理模块接收所述信息输入模块输入的信息并根据所述输入信息和控制策略进行分析和运算，产生控制命令。所述信息输出模块与电子节气门，点火线圈，燃气喷嘴，燃气空气换热气化器风机，冷却水箱风机，空气中冷器风机，热水电磁阀之一或任意组合相连，所述信息输出模块将控制命令放大并输出，控制电子节气门，点火线圈，燃气喷嘴，燃气空气换热气化器风机，冷却水箱风机，空气中冷器风机，热水电磁阀之一或任意组合工作。

在本发明的更加优选的实施方式中，ECU是电控系统管理中心，以信号采集作为输入，经过计算处理、分析判断、决定对策，发出控制指令、指挥执行器工作作为输出。ECU的电控目标是实现发动机所需最佳的空燃比和喷气脉宽、点火正时运行，同时给传感器提供稳压电源或参考电压。使发动机充分发挥性能潜力，通过各种硬件和软件实现其全部功能并提高性能。

ECU的硬件按功能可分为三个部分：

输入信息的处理部分：把各种传感器送来的信号经过整形、放大处理、模拟量还要经过A/D转换，转变成计算机能接受的量程合适的数字信号。

微处理器系统：根据输入信息和内存的控制策略及数据、图表等进行分析和运算以产生控制命令。

输出信息的处理部分：把微机输出的只有毫安级的各种控制命令生成、放大为可以驱动各种执行器的控制信号并输出。

ECU控制软件包括以下各个部分：

接受输入信号并处理信号，根据输入信号决定当前发动机的运行模式：如冷启动(拖转、着车)模式、暖机模式、怠速闭环模式、空燃比闭环控制模式、空燃比开环控制模式、瞬态工况(加、减速)模式等等。

进行当前运行模式的控制：包括调出相应的内存数表确定需控制参数的基本量，根据其它输入信号确定各种修正量，或根据闭环反馈信号确定需控制参数的校正量并执行自学习校正，输出喷气脉宽、怠速节气门开度、点火正时等控制信号给各执行器。

执行故障自检程序：即将各种传感器信号的当前值与预存的值域相比较，超过预设域值设置故障码。

进行故障处理：即针对检出的故障采取相应的对策，例如以一个假定值代替原信号，氧传感器故障时以开环控制取代闭环控制等。

在本实施方式中，与ECU相连的传感器可以包括但不限于转速传感器、正时盘、凸轮轴位置传感器、进气歧管压力和温度传感器、空气中冷后温度传感器、空气中冷后压力传感器、燃气温度传感器、燃气压力传感器、冷却液温度传感器、宽域氧传感器和电子脚踏板。其中，正时盘确定发动机曲轴转角，控制点火提前角。凸轮轴位置传感器将凸轮轴的转角位置信息传递给ECU，使后者能根据转角位置信号的频率得出发动机转速。正时盘通过锁定装置保证它与发动机曲轴之间的相对位置。正时盘上有指示齿或孔，用来表明发动机运转的绝对位置，当发动机开始运转时，ECU搜索这个绝对位置，作为喷气正时、点火正时的定位基准信号。在发动机运行时，如果ECU没有接收到正确的绝对位置齿或孔信号，将显示故障码。发动机采用进气歧管绝对压力反映负荷的大小，ECU通过进气歧管压力和温及充气系数计算发动机循环充气量。空气中冷后温度传感器向ECU输出空气中冷后温度使ECU据以作出喷气量和点火正时修正的条件参数，对中冷器电风扇的开启和转速进行控制。空气中冷后压力传感器向ECU输出空气中冷后压力数据，使ECU作出喷气量和点火正时修正的条件参数。燃气温度传感器向ECU输出燃气温度数据，使ECU据以作出喷气量和点火正时修正的条件参数，对燃气热水热交换气化器电磁阀开启及关闭进行控制(含燃气空气热交换气化器电风扇开启和转速进行控制)，使燃气温度得到调整。燃气压力传感器向ECU输出燃气压力数据，使ECU据以作出喷气量和点火正时修正的条件参数。冷却液温度传感器检测冷却水温，冷却水温是ECU据以作出喷气量和点火正时修正的条件参数，尤其是冷却水温，在启动和暖机过程中更是一个决定性的条件参数，用于修正空燃比指令、怠速偏移、进气流量、点火提前角及控制模式的切换。实现稀薄燃烧闭环空燃比控制的传感器是宽域氧传感器，它把排气含氧浓度信号传给ECU，ECU判断混合气的实际空燃比相对于设定值是稀还是浓，并相应控制喷气量的增减，从而使空燃比保持为设定值。电子脚踏板向ECU提供怠速及脚踏板位置信号，向发动机提出负荷指令。

接收ECU相连的执行单元包括但不限于燃气喷嘴、热水电磁阀、燃气空气换热气化器风扇、空气中冷器风机、冷却水箱风机、点火线圈和电子节气门，其中，减压后的燃气进入燃气喷嘴，电控单元ECU调整燃气喷嘴脉宽占空比，控制燃气喷射量，保证发动机在设定的空燃比下运行。燃气电磁截止阀在系统中作为一个安全运行开关、开启或关断气源通路。当大气温度较低时发动机水温提升时间相对较长使发动机水温难以稳定在85℃左右时，为了提高发动机热效率必须优先保证循环热水温度稳定在85℃周围，因此在向发动机提供大流量燃气的同时也需控制流向气化器的循环热水流量，因此必须预先提高进入热水换热气化器的燃气温度，但为了减少空气换热气化器体积，需采用燃气空气换热气化器风扇强制通风换热的有效方案。燃气温度宜控制在25～50℃范围。空气中冷器风机将空气温度控制在25～50℃范围。冷却水箱风机通过调节风扇转速调节水温。点火线圈将火花塞跳火所需的能量存储在线圈的磁场中，并将电源提供的低压电转变为足以在电极间产生击穿点火>25kV的高压电。火花塞利用点火线圈产生的高电压产生火花，点燃缸内混合气。电子节气门根据ECU确定的开度位置，控制进气量，从而改变发动机的输出功率。当发动机怠速或超速时，电子节气门能根据ECU指令改变开度位置，保持怠速稳定和限制最大速度。当发动机速度低于怠速目标值时，ECU进行怠速控制，即控制电子节气门开度位置，保持发动机速度在怠速目标值附近。当发动机速度超过最大额定转速时，ECU限制电子节气门开度位置，即速度越高节气门开度位置越小。当发动机速度在怠速和最大额定转速之间时，节气门开度位置直接由脚踏板控制，即节气门开度位置随脚踏板位置同步变化。

本发明这种利用燃气冷能实现节能减排的系统通过在外部燃气通道内设置外流量传感器能够检测外部燃气通道输送的燃气流量，根据该燃气流量能够准确地确定发动机的火力，进而使用时能够清楚地掌握发动机目前的火力；能够优化空燃比、燃气喷射量控制、点火提前角控制、增压器废气放气阀的开度控制以及节气门开度控制，特别是当燃气和空气温差较大时也能及时实现燃气和空气的温差减少或使其接近或相等，提高燃气发动机空燃比控制精度促进其动力性，经济性提高，排放出的尾气污染物减少。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种用于发动机的调节阀，其特征在于，包括：

阀体，所述阀体在入口端口和出口端口之间的内室中容纳阀元件，所述阀元件调节通过所述阀体的燃料流量；

致动器，所述致动器被联接成使所述阀元件相对于所述阀体移动；

控制器，所述控制器配置成基于差压和绝对压力测量值经由所述致动器调节所述阀体的位置，以实现通过所述阀体的所述燃料的目标质量流量；

连通至所述阀体的外部燃气通道，所述阀体能够控制所述外部燃气通道内的燃气流量，其中流量传感器，其包括外流量传感器，其设置在所述外部燃气通道上，用于检测所述外部燃气通道内的燃气流量；

差压和绝对压力传感器，所述差压和绝对压力传感器被布置成提供所述压力测量值。

2.如权利要求1所述的用于发动机的调节阀，其特征在于，所述调节阀还包括连通至所述阀体的内部燃气通道，所述阀体还能够控制所述内部燃气通道内的燃气流量，所述流量传感器还包括内流量传感器，其设置在所述内部燃气通道上，用于检测所述内部燃气通道内的燃气流量。

3.如权利要求1所述的用于发动机的调节阀，其特征在于，所述差压传感器流体地联接到上游压力探针和下游压力探针，使得所述差压测量值对应于所述阀元件上的差压。

4.如权利要求3所述的用于发动机的调节阀，其特征在于，所述上游压力探针包括皮托管探针，并且所述下游压力探针包括静压力探针。

5.如权利要求1所述的用于发动机的调节阀，其特征在于，所述调节阀还包括阀杆，所述阀杆连接至所述阀体，并且相对于所述阀体可旋转，所述阀体上设置有微动开关，且所述阀杆上设置有触动件，所述触动件在所述阀杆转动时能够触发所述微动开关。

6.如权利要求1所述的用于发动机的调节阀，其特征在于，所述流量传感器设置在靠近所述阀体的位置处。

7.如权利要求1所述的用于发动机的调节阀，其特征在于，所述调节阀还包括连通至所述阀体的内部燃气通道，所述阀体还能够控制所述内部燃气通道内的燃气流量，其中所述阀体包括：

阀壳，其具有一个进气口和两个出气口，所述外部燃气通道和所述内部燃气通道分别连通至所述两个出气口；

阀芯，其可旋转地设置在所述阀壳内，所述阀芯具有阀芯燃气通道和与所述阀芯燃气通道连通的气孔，所述气孔在所述阀芯相对于所述阀壳旋转时与所述两个出气口配合来调节输送至所述外部燃气通道和所述内部燃气通道的燃气流量，

所述调节阀还包括阀杆，具有相对设置的第一端和第二端，所述第一端连接至所述阀芯，且所述第二端延伸到所述阀壳的外部。

8.如权利要求7所述的用于发动机的调节阀，其特征在于，所述调节阀还包括点火装置，所述点火装置连接所述阀杆的所述第二端，以通过操作所述点火装置转动所述阀杆。

9.一种利用燃气冷能实现节能减排的系统，包括权利要求1-8中任一项所述的用于发动机的调节阀；其特征在于，还包括与所述发动机相连的液化燃气传输线路和空气传输线路，控制所述燃气与空气之间的温差以及控制发动机运行的ECU；所述液化燃气传输线路包括液化燃气储气瓶，所述燃气储气瓶用于存储液化天然气，压缩天然气和液化石油气三者之一，所述燃气储气瓶通过燃气空气换热气化器和燃气热水换热气化器之一或者两者的串联与缓冲罐相连，所述缓冲罐通过过滤器和减压器与燃气喷嘴相连，所述燃气喷嘴将燃气喷射入发动机气缸内；

燃气温度传感器、发动机冷却水温度传感器和空气温度传感器，所述燃气温度传感器用于检测所述减压器减压后进入喷嘴前的燃气温度并将所述燃气温度传输给ECU，所述发动机冷却水温度传感器用于检测所述发动机出水温度并将所述发动机出水温度传输给所述ECU，所述空气温度传感器用于检测所述空气中冷器输出或节气门前的空气温度并将所述空气温度传输给所述ECU，所述ECU控制热水电磁阀和燃气空气换热气化器风机之一或者两者的工作，控制通过燃气热水换热气化器的热水量以及燃气空气换热气化器的通风量，使燃气和空气的温度之差小于设定阈值T。

10.如权利要求9所述的利用燃气冷能实现节能减排的系统，其特征在于，所述ECU包括信息输入模块、处理模块和信息输出模块；

所述信息输入模块与至少一个传感器相连，接收所述传感器送来的信号并对所述信号进行整形、放大处理、A/D转换，转变成计算机能接受的量程合适的数字信号；

所述处理模块内预存有控制策略，所述处理模块接收所述信息输入模块输入的信息并根据所述输入信息和控制策略进行分析和运算，产生控制命令；

所述信息输出模块与电子节气门，点火线圈，燃气喷嘴，燃气空气换热气化器风机，冷却水箱风机，空气中冷器风机，热水电磁阀之一或任意组合相连，所述信息输出模块将控制命令放大并输出，控制电子节气门，点火线圈，燃气喷嘴，燃气空气换热气化器风机，冷却水箱风机，空气中冷器风机，热水电磁阀之一或任意组合工作。