CN116044620A - 供气系统中回收天然气的装置、车辆及其控制方法 - Google Patents

供气系统中回收天然气的装置、车辆及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于车辆技术领域，公开了供气系统中回收天然气的装置、车辆及其控制方法，该供气系统中回收天然气的装置，油气分离器的第一进气口与燃气调压模块的天然气放气口连通，低压天然气缓冲罐的进气口与油气分离器的出气口连通，引射器包括喷嘴以及依次连通的接受室、混合室和扩压室，低压天然气缓冲罐的出气口与接受室通过第一管路连通，扩压室与高压天然气缓冲罐的进气口连通，高压天然气缓冲罐的出气口与燃气调压模块的天然气进气口连通，LNG泵的进口和出口分别连通LNG罐和汽化器，汽化器与喷嘴连通，第一阀门设置于第一管路。结构简单，成本低，有利于发动机的稳定性。

Description

供气系统中回收天然气的装置、车辆及其控制方法
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，尤其涉及供气系统中回收天然气的装置、车辆及其控制方法。
背景技术
与传统柴油机相比，HPDI(High Pressure Direct Injection高压直喷技术)燃气发动机虽然在减少二氧化碳排放方面具有固有优势，但由于该HPDI燃气发动机正常运转时燃气调压模块和LNG罐会间歇性的向大气排放甲烷气体，所以其在减少温室气体方面的优势将会丧失。现有技术中设置有高压直喷燃气发动机的低压燃气再利用系统来回收天然气，该高压直喷燃气发动机的低压燃气再利用系统中，除了通过高压燃气管路连接的燃气调压模块、LNG储瓶和设置于发动机气缸的高压燃气喷嘴，还设有低压燃气管路，低压燃气管路上设置有缓冲罐、电磁切断阀、减压器和低压燃气喷嘴，缓冲罐能收集燃气调压模块和LNG储瓶释放的低压天然气，当缓冲罐内的压力超过预设燃气压力，且发动机处于启动状态时，低压燃气喷嘴将缓冲罐内的低压燃气喷射入进气歧管中。然而，在低压燃气管路的低压燃气喷嘴喷射过程需要将气体加压，因此缓冲罐中存在包含LNG泵在内的打压系统，相比于原先系统中只有一个LNG泵工作，增加了一个LNG泵工作，会增加系统整体耗工，不利于整机的经济性，并且每一缸的进气通道都增加了进气歧管，每个进气歧管内都增加了低压燃气喷嘴，发动机电控单元需要更多的线路及模块增加对低压燃气喷嘴的控制，这大大增加了HPDI燃气发动机的硬件及软件要求，不利于控制整机的成本，而且，通过低压燃气喷嘴喷射入进气歧管中，低压燃气在进气歧管中与进气混合并跟随进气流量进入气缸内，预混量程度高且预混不均匀，易出现爆震等现象，不利于整机的稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供供气系统中回收天然气的装置、车辆及其控制方法，以解决现有技术中设置有高压直喷燃气发动机的低压燃气再利用系统，经济性差，成本低，易出现爆震等现象，不利于整机的稳定性的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
供气系统中回收天然气的装置，包括：
燃气调压模块；
油气分离器，所述油气分离器的第一进气口与所述燃气调压模块的天然气放气口连通；
低压天然气缓冲罐，所述低压天然气缓冲罐的进气口与所述油气分离器的出气口连通；
引射器，所述引射器包括喷嘴以及依次连通的接受室、混合室和扩压室，所述喷嘴穿设于所述接受室，所述喷嘴与所述混合室的入口连通，所述低压天然气缓冲罐的出气口与所述接受室通过第一管路连通；
高压天然气缓冲罐，所述扩压室与所述高压天然气缓冲罐的进气口连通，所述高压天然气缓冲罐的出气口与所述燃气调压模块的天然气进气口连通；
LNG罐、LNG泵和汽化器，所述LNG泵的进口和出口分别连通所述LNG罐和汽化器，所述汽化器与所述喷嘴连通；
第一阀门，所述第一阀门设置于所述第一管路。
作为上述的供气系统中回收天然气的装置的一种优选方案，所述供气系统中回收天然气的装置还包括第二阀门，所述第二阀门设置于所述引射器内，当所述第二阀门关闭时，所述接受室与所述混合室断开；当所述第二阀门打开时，所述接受室与所述混合室连通。
作为上述的供气系统中回收天然气的装置的一种优选方案，所述第二阀门包括第一阻隔件、第二阻隔件、弹性件和电驱动件，所述第一阻隔件的一端固定设置于所述接受室与所述混合室的交接处，所述第二阻隔件转动设置于所述第一阻隔件的另一端，所述弹性件的两端分别与所述第一阻隔件和所述第二阻隔件固定连接，所述电驱动件与所述第二阻隔件传动连接，所述第二阻隔件能与所述喷嘴的外壳抵接或分离。
作为上述的供气系统中回收天然气的装置的一种优选方案，所述供气系统中回收天然气的装置还包括第一压力传感器，所述第一压力传感器设置于所述低压天然气缓冲罐。
作为上述的供气系统中回收天然气的装置的一种优选方案，所述LNG罐设有LNG罐放气口，所述LNG罐放气口与所述油气分离器的第二进气口通过第二管路连通，所述供气系统中回收天然气的装置还包括第三阀门，所述第三阀门设置于所述第二管路。
作为上述的供气系统中回收天然气的装置的一种优选方案，所述供气系统中回收天然气的装置还包括第二压力传感器，所述第二压力传感器设置于所述LNG罐。
作为上述的供气系统中回收天然气的装置的一种优选方案，所述供气系统中回收天然气的装置还包括燃油存储罐，所述燃油存储罐与所述油气分离器的的燃油出口连通。
作为上述的供气系统中回收天然气的装置的一种优选方案，所述汽化器与所述喷嘴之间的管路、所述扩压室与所述高压天然气缓冲罐之间的管路、所述高压天然气缓冲罐与所述燃气调压模块之间的管路、所述燃气调压模块与所述油气分离器之间的管路，以及所述油气分离器与所述低压天然气缓冲罐之间的管路均设有单向阀。
车辆，包括上述的供气系统中回收天然气的装置。
作为上述供气系统中回收天然气的装置的控制方法的一种优选方案，采用上述的供气系统中回收天然气的装置，包括：
判断低压天然气缓冲罐的压力是否大于等于第一设定压力；
若否，则关闭第一阀门；
若是，则打开第一阀门。
本发明的有益效果：
本发明提供了供气系统中回收天然气的装置、车辆及其控制方法，该供气系统中回收天然气的装置，发动机启动后，LNG泵开始工作，LNG泵用于将LNG罐内的LNG(LiquefiedNatural Gas液化天然气)泵送至汽化器，汽化器将液化天然气汽化为高压天然气并输送至引射器的喷嘴中，之后经过引射器的混合室和扩压室进入高压天然气缓冲罐，高压天然气缓冲罐内的天然气通过燃气调压模块给发动机气缸供气。燃气调压模块会根据发动机的运行工况调节供给气缸的天然气流量，进入燃气调压模块的多余的天然气会通过天然气放气口放出，进入油气分离器，经油气分离器分离出的天然气进入低压天然气缓冲罐，低压天然气通过第一管路进入接受室。当低压天然气缓冲罐内的压力大于等于第一设定压力，第一阀门打开，低压天然气进入接受室，当喷嘴喷出天然气时，接受室内的低压天然气进入混合室并与喷嘴喷出的高压天然气混合，经由扩压室后进入高压天然气缓冲罐，从而完成回收天然气。该供气系统中回收天然气的装置的结构简单，无需为了回收天然气另外增加LNG泵，也无需增设低压燃气喷嘴，无需大幅度改动发动机，经济性好，成本低，而且，回收的低压天然气与喷嘴喷出的高压天然气一起进入高压天然气缓冲罐，之后通过燃气调压模块供给气缸，能够使低压天然气和高压天然气充分混合后供给气缸，有利于发动机的工作稳定性。
附图说明
图1是本发明具体实施例提供的供气系统中回收天然气的装置的结构示意图；
图2是本发明具体实施例提供的供气系统中回收天然气的装置的部分结构示意图。
图中：
1、燃气调压模块；2、油气分离器；3、低压天然气缓冲罐；4、引射器；5、LNG罐；6、LNG泵；7、汽化器；8、高压天然气缓冲罐；9、第一阀门；10、第二阀门；11、第一压力传感器；12、燃油存储罐；13、气缸；14、第三阀门；15、第一管路；16、第二管路；41、喷嘴；42、接受室；43、混合室；44、扩压室。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
本发明提供了供气系统中回收天然气的装置、车辆及其控制方法，如图1和图2所示，该供气系统中回收天然气的装置包括燃气调压模块1、油气分离器2、低压天然气缓冲罐3、引射器4、高压天然气缓冲罐8、LNG罐5、LNG泵6、汽化器7和第二阀门10，油气分离器2的第一进气口与燃气调压模块1的天然气放气口连通，低压天然气缓冲罐3的进气口与油气分离器2的出气口连通，引射器4包括喷嘴41以及依次连通的接受室42、混合室43和扩压室44，喷嘴41穿设于接受室42，喷嘴41与混合室43的入口连通，低压天然气缓冲罐3的出气口与接受室42通过第一管路15连通，扩压室44与高压天然气缓冲罐8的进气口连通，高压天然气缓冲罐8的出气口与燃气调压模块1的天然气进气口连通，LNG泵6的进口和出口分别连通LNG罐5和汽化器7，汽化器7与喷嘴41连通，第一阀门9设置于第一管路15。
该供气系统中回收天然气的装置，发动机启动后，LNG泵6开始工作，LNG泵6用于将LNG罐5内的LNG(Liquefied Natural Gas液化天然气)泵送至汽化器7，汽化器7将液化天然气汽化为高压天然气并输送至引射器4的喷嘴41中，之后经过引射器4的混合室43和扩压室44进入高压天然气缓冲罐8，高压天然气缓冲罐8内的天然气通过燃气调压模块1给发动机气缸13供气。燃气调压模块1会根据发动机的运行工况调节供给气缸13的天然气流量，进入燃气调压模块1的多余的天然气会通过天然气放气口放出，进入油气分离器2，经油气分离器2分离出的天然气进入低压天然气缓冲罐3，低压天然气通过第一管路15进入接受室42。当低压天然气缓冲罐3内的压力大于等于第一设定压力，第一阀门9打开，低压天然气进入接受室42，当喷嘴41喷出天然气时，接受室42内的低压天然气进入混合室43并与喷嘴41喷出的高压天然气混合，经由扩压室44后进入高压天然气缓冲罐8，从而完成回收天然气。该供气系统中回收天然气的装置的结构简单，无需为了回收天然气另外增加LNG泵6，也无需增设低压燃气喷嘴41，无需大幅度改动发动机，经济性好，成本低，而且，回收的低压天然气与喷嘴41喷出的高压天然气一起进入高压天然气缓冲罐8，之后通过燃气调压模块1供给气缸13，能够使低压天然气和高压天然气充分混合后供给气缸13，有利于发动机的工作稳定性。在低压天然气缓冲罐3内的压力小于第一设定压力时，第一阀门9关闭，能防止喷嘴41喷出的高压天然气进入低压天然气缓冲罐3内。
可以理解的是，喷嘴41会喷出的高压天然气，由于射流的紊动扩散作用，会卷吸周围的低压天然气而发生动量交换，低压天然气与高压天然气在混合室43内混合，进行动量和质量交换，在流动过程中速度渐渐均衡，这期间常常伴随压力的升高。混合后的气体从混合室43出来进入扩压室44，压力因流动速度变缓而继续升高。在扩压室44出口处，混合后的气体的压力高于进入接受室42时低压天然气的压力。提高低压天然气的压力而不直接消耗机械能，这是引射器4最主要的最根本的性能。引射器4除了本身结构特别简单之外，引射器4与各种设备连接的系统也很简单，制造也不复杂。
可选地，供气系统中回收天然气的装置还包括第二阀门10，第二阀门10设置于引射器4内，当第二阀门10关闭时，接受室42与混合室43断开；当第二阀门10打开时，接受室42与混合室43连通。低压天然气缓冲罐3内的低压天然气进入接受室42之后，等待第二阀门10的打开。当低压天然气缓冲罐3的压力大于等于第一设定压力，并且喷嘴41输出高压天然气时，第二阀门10打开，低压天然气与高压天然气在混合室43混合，并随着高压天然气一起流动。可选地，第二阀门10包括第一阻隔件、第二阻隔件、弹性件和电驱动件，第一阻隔件的一端固定设置于接受室42与混合室43的交接处，第二阻隔件转动设置于第一阻隔件的另一端，弹性件的两端分别与第一阻隔件和第二阻隔件固定连接，电驱动件与第二阻隔件传动连接，第二阻隔件能与喷嘴41的外壳抵接或分离。当第二阀门10通电，电驱动件驱动第二阻隔件相对第一阻隔件转动，直至第二阻隔件与喷嘴41的外壳抵接，此时，第二阀门10将接受室42与混合室43断开。第二阀门10断电，在弹性件的带动下第二阻隔件回转以使第二阻隔件与喷嘴41的外壳分离，此时，第二阀门10将接受室42与混合室43连通。
可选地，该供气系统中回收天然气的装置还包括第一压力传感器11，第一压力传感器11设置于低压天然气缓冲罐3。第一压力传感器11用于检测低压天然气缓冲罐3内的压力。
可选地，LNG罐5设有LNG罐放气口，LNG罐放气口与油气分离器2的第二进气口通过第二管路16连通，供气系统中回收天然气的装置还包括第三阀门14，第三阀门14设置于第二管路16。LNG罐5长时间放置后罐内的压力会升高，当LNG罐5内的压力达到第二设定压力时，第三阀门14打开，LNG罐5内的天然气会进入油气分离器2，以进行降压。
可选地，该供气系统中回收天然气的装置还包括第二压力传感器，第二压力传感器设置于LNG罐5。第二压力传感器用于检测LNG罐5内的压力。
可选地，该供气系统中回收天然气的装置还包括燃油存储罐12，燃油存储罐12与油气分离器2的燃油出口连通。油气分离器2分离出的燃油会收集至燃油存储罐12。
可选地，汽化器7与喷嘴41之间的管路、扩压室44与高压天然气缓冲罐8之间的管路、高压天然气缓冲罐8与燃气调压模块1之间的管路、燃气调压模块1与油气分离器2之间的管路，以及油气分离器2与低压天然气缓冲罐3之间的管路均设有单向阀。单向阀能防止管路中天然气逆向流动。本发明还提供了车辆，该车辆包括上述的供气系统中回收天然气的装置。
本发明又提供了供气系统中回收天然气的装置的控制方法，采用上述的供气系统中回收天然气的装置，该供气系统中回收天然气的装置的控制方法包括：
判断低压天然气缓冲罐3的压力是否大于等于第一设定压力；若否，则关闭第一阀门9；若是，则打开第一阀门9。
判断喷嘴41是否输出高压天然气；若是，则打开第二阀门10；若否，则保持第二阀门10关闭。
当低压天然气缓冲罐3的压力小于第一设定压力时，引射器4正常工作，发动机启动后，LNG泵6工作，喷嘴41喷出高压天然气，经过混合室43和扩压室44进入高压天然气缓冲罐8。此时第一阀门9关闭且第二阀门10关闭，能防止混合室43内的高压天然气进入接受室42和低压天然气缓冲罐3，还能避免引射器4正常工作时造成的低压环境破坏管道内的压力平衡。
当低压天然气缓冲罐3的压力大于等于第一设定压力时，第一阀门9打开，低压天然气缓冲罐3内的低压天然气进入接受室42，等待第二阀门10的打开。当低压天然气缓冲罐3的压力大于等于第一设定压力，并且喷嘴41输出高压天然气时，第二阀门10打开，低压天然气与高压天然气在混合室43混合，并随着高压天然气一起流动。
可选地，该供气系统中回收天然气的装置的控制方法还包括：判断LNG罐5内的压力是否大于等于第二设定压力；若是，则打开第三阀门14；若否，则关闭第三阀门14。当LNG罐5内的压力大于等于第二设定压力，第三阀门14打开，LNG罐5内的天然气进入油气分离器2，对LNG罐5进行减压。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.供气系统中回收天然气的装置，其特征在于，包括：
燃气调压模块(1)；
油气分离器(2)，所述油气分离器(2)的第一进气口与所述燃气调压模块(1)的天然气放气口连通；
低压天然气缓冲罐(3)，所述低压天然气缓冲罐(3)的进气口与所述油气分离器(2)的出气口连通；
引射器(4)，所述引射器(4)包括喷嘴(41)以及依次连通的接受室(42)、混合室(43)和扩压室(44)，所述喷嘴(41)穿设于所述接受室(42)，所述喷嘴(41)与所述混合室(43)的入口连通，所述低压天然气缓冲罐(3)的出气口与所述接受室(42)通过第一管路(15)连通；
高压天然气缓冲罐(8)，所述扩压室(44)与所述高压天然气缓冲罐(8)的进气口连通，所述高压天然气缓冲罐(8)的出气口与所述燃气调压模块(1)的天然气进气口连通；
LNG罐(5)、LNG泵(6)和汽化器(7)，所述LNG泵(6)的进口和出口分别连通所述LNG罐(5)和汽化器(7)，所述汽化器(7)与所述喷嘴(41)连通；
第一阀门(9)，所述第一阀门(9)设置于所述第一管路(15)。
2.根据权利要求1所述的供气系统中回收天然气的装置，其特征在于，所述供气系统中回收天然气的装置还包括第二阀门(10)，所述第二阀门(10)设置于所述引射器(4)内，当所述第二阀门(10)关闭时，所述接受室(42)与所述混合室(43)断开；当所述第二阀门(10)打开时，所述接受室(42)与所述混合室(43)连通。
3.根据权利要求2所述的供气系统中回收天然气的装置，其特征在于，所述第二阀门(10)包括第一阻隔件、第二阻隔件、弹性件和电驱动件，所述第一阻隔件的一端固定设置于所述接受室(42)与所述混合室(43)的交接处，所述第二阻隔件转动设置于所述第一阻隔件的另一端，所述弹性件的两端分别与所述第一阻隔件和所述第二阻隔件固定连接，所述电驱动件与所述第二阻隔件传动连接，所述第二阻隔件能与所述喷嘴(41)的外壳抵接或分离。
4.根据权利要求1所述的供气系统中回收天然气的装置，其特征在于，所述供气系统中回收天然气的装置还包括第一压力传感器(11)，所述第一压力传感器(11)设置于所述低压天然气缓冲罐(3)。
5.根据权利要求1所述的供气系统中回收天然气的装置，其特征在于，所述LNG罐(5)设有LNG罐放气口，所述LNG罐放气口与所述油气分离器(2)的第二进气口通过第二管路(16)连通，所述供气系统中回收天然气的装置还包括第三阀门(14)，所述第三阀门(14)设置于所述第二管路(16)。
6.根据权利要求1所述的供气系统中回收天然气的装置，其特征在于，所述供气系统中回收天然气的装置还包括第二压力传感器，所述第二压力传感器设置于所述LNG罐(5)。
7.根据权利要求1所述的供气系统中回收天然气的装置，其特征在于，所述供气系统中回收天然气的装置还包括燃油存储罐(12)，所述燃油存储罐(12)与所述油气分离器(2)的燃油出口连通。
8.根据权利要求1所述的供气系统中回收天然气的装置，其特征在于，所述汽化器(7)与所述喷嘴(41)之间的管路、所述扩压室(44)与所述高压天然气缓冲罐(8)之间的管路、所述高压天然气缓冲罐(8)与所述燃气调压模块(1)之间的管路、所述燃气调压模块(1)与所述油气分离器(2)之间的管路，以及所述油气分离器(2)与所述低压天然气缓冲罐(3)之间的管路均设有单向阀。
9.车辆，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的供气系统中回收天然气的装置。
10.供气系统中回收天然气的装置的控制方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的供气系统中回收天然气的装置，包括：
判断低压天然气缓冲罐(3)的压力是否大于等于第一设定压力；
若否，则关闭第一阀门(9)；
若是，则打开第一阀门(9)。
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