CN116771524A - 一种智能控制多液体燃料配比装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智能控制多液体燃料配比装置及方法，涉及液体燃料配比领域，所述装置包括：多个不同燃料储液罐、燃料混合釜、控制器、液位传感器和用户控制端。通过设置液位传感器、对应的电磁阀、控制器和用户控制端实现多种液体燃料配比的智能控制。并且使用液位传感器进行通入液体燃料量的测量，避免了采用流量计监控通入燃料质量时燃料通入量测量不准确的问题，提高了液体燃料通入量的精确控制，提高了配比精度。

Description

一种智能控制多液体燃料配比装置及方法

技术领域

本发明涉及液体燃料配比领域，特别是涉及一种智能控制多液体燃料配比装置及方法。

背景技术

伴随着汽车保有量的日益增加,汽车造成的环境污染和能源危机问题日趋严重。内燃机是汽车主要动力源,为了改善其燃烧及排放性能,迫切需要寻找内燃机替代燃料，同时实现更为精细和实时的分析和控制。

随着对发动机动力性能和排放标准要求的提高，各大主机厂商和研究机构都在研究是否存在新的替代燃料以实现高热效率、低排放。高热效率、低排放可以通过采用清洁能源和后处理技术实现，而对新燃料的存储利用是充分发挥发动机性能的关键。

在发动机新能源领域，对新能源是否可以真正替代传统能源是最基本的问题。这就需要找到具有高热效率、低排放的能源。就发动机而言，现今的一系列环境和能源问题迫使人类急需找到清洁的燃料以替代传统的化石燃料。其中氨作为一种富氢的无碳燃料，具有能量密度高、成本低、储运安全等优势，近年来受到了越来越多学者的关注，成为了一个研究热点。但是氨气的燃烧速度低，自燃温度高，这就阻止了氨气在现有发动机中作为纯燃料使用。使用其他化合物作为“添加剂”来增强燃烧，使氨/添加剂混合物的性能与现有燃料相媲美，可以为现有设备中氨的使用开辟新道路。其中，二甲醚是一种有机化合物，是最简单的醚。二甲醚的物理性质与液化石油气(LPG)相似，十六烷值很高(二甲醚：55～60、柴油：40～55)。由于二甲醚结构简单，分子含氧，燃烧清洁，十六烷值高，动力性能优异，在一定程度上弥补了氨气的次燃烧性。那么两种燃料按比例掺混是实现能源替代的关键一步。通过对不同比例的掺混燃料的燃烧速度、自燃温度等燃烧性能进行理论分析，进一步得到最适合燃烧的掺混比例。常规燃料配比需要实验人员自主开启关闭燃料瓶，测量掺混液体量度等，配比效率低且配比精度低。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能控制多液体燃料配比装置及方法，通过设置液位传感器、对应的电磁阀、控制器和用户控制端实现多种液体燃料配比的智能控制。并且使用液位传感器进行通入液体燃料量的测量，提高了液体燃料通入量的精确控制，提高了配比精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种智能控制多液体燃料配比装置，所述装置包括：多个不同燃料储液罐、燃料混合釜、控制器、液位传感器和用户控制端；

每一所述燃料储液罐均与所述燃料混合釜的燃料进口连接；每一所述燃料储液罐与所述燃料混合釜的连接管路上均设有电磁阀；

所述液位传感器设于所述燃料混合釜内，所述液位传感器与所述用户控制端连接；所述用户控制端与所述控制器连接；所述控制器与每一所述电磁阀连接；

所述用户控制端，用于获取所述液位传感器的液位数据，并结合所述燃料混合釜中不同燃料通入量与液位的标定关系确定不同燃料的通入量，并向所述控制器发送控制信号；

所述控制器，用于根据接收的所述控制信号控制所述电磁阀的通断以实现自动按照不同燃料的配比比例通入各质量的燃料。

可选的，所述用户控制端还用于输入各燃料所需的质量。

可选的，所述装置还包括：压力传感器和增压气体罐；所述压力传感器设于所述燃料混合釜中，所述增压气体罐通过气体电磁阀与所述燃料混合釜的气体进口连接；所述气体电磁阀与所述控制器连接。

可选的，所述增压气体罐与所述燃料混合釜连接的管路上还设有安全阀；所述安全阀用于当所述燃料混合釜中的液压高于预设压力时，降低所述燃料混合釜中的液压。

可选的，所述用户控制端还用于设置所述燃料混合釜中的液压的所述预设压力和期望液压。

本发明提供一种智能控制多液体燃料配比方法，所述方法包括：

用户控制端获取用户输入的多种燃料的通入量；各燃料的通入量满足燃料配比比例；

用户控制端打开第i个燃料对应的电磁阀，并获取液位传感器的液位；

当当前所述液位得到目标液位，则用户控制端关闭第i个燃料对应的电磁阀；并令i＝i+1返回步骤“用户控制端打开第i个燃料对应的电磁阀，并获取液位传感器的液位”，直至所有燃料均通入至燃料混合釜；第i个燃料对应的目标液位是i个燃料混合的总液位。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供一种智能控制多液体燃料配比装置及方法，通过设置液位传感器、对应的电磁阀、控制器和用户控制端实现多种液体燃料配比的智能控制。并且使用液位传感器进行通入液体燃料量的测量，避免了采用流量计监控通入燃料质量时燃料通入量测量不准确的问题，提高了液体燃料通入量的精确控制，提高了配比精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的一种智能控制多液体燃料配比装置及方法；

图2为本发明实施例1提供的一种智能控制多液体燃料配比装置使用流程图。

符号说明：

1、燃料混合釜；2、PLC控制器；3、电磁阀；4、电磁阀；5、电磁阀；6、液位传感器；7、压力传感器；8、用户控制端。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本文提出一种智能控制双液体燃料配置装置设计原理：通过用户控制面板输入指令，由PLC控制器与电磁阀相配合，远程操控整个配制流程，以及建立液压以满足工况要求，保证了实验的安全性以及便捷性，实现了装备智能化的要求。由于该装置气密性好，具有液压建立功能，整个流程无开放式操作，对于部分需要在特定压力范围液化的特殊燃料，能够提供稳定的液压，保证了实验安全性的同时，实现了本装置的普适性。例如本装置在液氨(2.16MPa)、液态二甲醚(5.32MPa)按比例掺混的情况下也适用。

对此，本发明的目的是提供一种智能控制多液体燃料配比装置及方法，通过设置液位传感器、对应的电磁阀、控制器和用户控制端实现多种液体燃料配比的智能控制。并且使用液位传感器进行通入液体燃料量的测量，提高了液体燃料通入量的精确控制，提高了配比精度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种智能控制多液体燃料配比装置，所述装置包括：多个不同燃料储液罐、燃料混合釜1、控制器2、液位传感器6和用户控制端8。

每一所述燃料储液罐均与所述燃料混合釜1的燃料进口连接；每一所述燃料储液罐与所述燃料混合釜1的连接管路上均设有电磁阀。

高压储液罐(也称储液筒)是存储燃料掺混所需原料的储存装置，它的作用是根据工况，调整系统正常供液，同时具有液封作用，使高、低压系统不窜气。

所述液位传感器6设于所述燃料混合釜1内，所述液位传感器6与所述用户控制端8连接；所述用户控制端8与所述控制器2连接；所述控制器2与每一所述电磁阀连接。电磁阀3、4、5通电时阀门打开，断电时阀门关闭。利用电磁阀开闭动作，实现燃料或者气体的输入或者停止输入。用户端接收到传感器信号，根据程序判定结果，发出控制指令输入到PLC控制器2，PLC控制器2控制电磁阀3、4、5的通断电，进而形成控制动作。

燃料混合釜1是容纳掺混燃料，完成配比的容器，同时能够在燃料混合釜1内建立液压，以满足工况要求，其具有五个可封闭接口，顶部两个接口通过不锈钢软管分别接燃料罐以及增压气体罐，底部接口输出按比例掺混的液体燃料，侧面两个接口分别接入液位传感器6，压力传感器7。

液位传感器6在本装置中的作用是将燃料混合釜1内的液位信息反馈到用户控制单元。

压力传感器7在本装置中的作用是将燃料混合釜1内的液压信息反馈到用户控制单元。

所述用户控制端8，用于获取所述液位传感器6的液位数据，并结合所述燃料混合釜1中不同燃料通入量与液位的标定关系确定不同燃料的通入量，并向所述控制器2发送控制信号。

用户控制面板(用户控制端8)，主要是根据导出的标定数据，用程序实现，完成通入燃料质量与液位的换算，以及接受传感器的反馈信号，依据程序判定，形成控制信号输入PLC控制器2，远端控制配比，建立液压过程。

用户控制面板是控制整个配比加压流程的控制平台，用户控制平台需要将燃料质量与液位进行标定，并用程序实现，以及接收传感器的反馈信号，根据程序进行判定，形成下一步的控制信号，输出到PLC控制器2进而形成下一步的控制动作。

所述控制器2，用于根据接收的所述控制信号控制所述电磁阀的通断以实现自动按照不同燃料的配比比例通入各质量的燃料。

PLC控制器2对用户控制面板发出的指令进行译码，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。

PLC控制器2需要连接电磁阀3、4、5以及用户控制面板8，用户控制面板连接各传感器6、7并在控制面板中输入期望液位及液压，启动程序，PLC控制器2自动打开高压储液罐连接轨道上的电磁阀3、4、5，输入增压气体或者燃料，传感器6、7采集燃料混合釜1内的液压或液位信号，通过采集卡反馈至用户控制面板内部装置，进行闭环处理后将信号输入至PLC控制器2，进而PLC控制器2控制电磁阀3、4、5的开闭从而实现闭环控制。

所述用户控制端8还用于输入各燃料所需的质量。

所述装置还包括：压力传感器7和增压气体罐；所述压力传感器7设于所述燃料混合釜1中，所述增压气体罐通过气体电磁阀与所述燃料混合釜1的气体进口连接；所述气体电磁阀与所述控制器2连接。

液位传感器6以及压力传感器7在本装置中液位传感器6的作用是将燃料混合釜1内的液位和液压信息反馈到用户控制单元2，经程序判定，输出控制信号至PLC控制器2，PLC控制器2对电磁阀3、4、5进行通断电，控制电磁阀4、5、6的开闭，形成闭环进而控制燃料掺混的配比以及液压。

所述增压气体罐与所述燃料混合釜1连接的管路上还设有安全阀；所述安全阀用于当所述燃料混合釜1中的液压高于预设压力时，降低所述燃料混合釜1中的液压。

安全阀连通高压储气罐C与燃料混合釜1，在系统中起安全保护作用。当系统压力超过规定值时，安全阀打开，将系统中的一部分气体排入管道外，使系统压力不超过允许值，从而保证系统不因压力过高而发生事故。通过压力传感器7将罐内液体压力信号反馈到用户控制面。达到目标液压后，用户端自动发出控制信号到PLC控制器2，PLC控制器2使电磁阀断电，进而控制磁阀闭合，对混合燃料建立液压以达到工况要求。

所述用户控制端8还用于设置所述燃料混合釜1中的液压的所述预设压力和期望液压。

本发明的具体工作过程如图2所示，以一种实现双燃料自动配比的装置为例，且具体以液氨，液态二甲醚的掺混燃料为例，在用户控制面板输入所需液态二甲醚的量，通过程序自行计算得出二甲醚对应液位以及按比例掺混后的总液位。计算完成后，启动程序，PLC控制器2打开液态二甲醚连接的电磁阀，进行第一种燃料的输入，在此过程中液位传感器6将液位信号传入电脑，达到指定液位，用户端将控制信号输入PLC控制器2，进而关闭与二甲醚高压储液罐相连的电磁阀，完成第一种燃料输入。后续过程由电脑程序自动按上述步骤完成，即根据两种燃料掺混后的总液位，打开与液氨相连的电磁阀，重复上述步骤，完成第二种燃料的输入，即完成双燃料的按比例掺混。不同工况对于燃料的压力有不同要求，在用户控制面板输入目标液压，由用户控制面板控制电磁阀自动打开，输入增压气体从而建立液压，通过压力传感器7将罐内压力信号输入用户端，达到期望液压，用户控制面板向PLC控制器2输出控制信号，自动控制电磁阀闭合，至此完成双燃料按比例掺混以及建立满足工况要求的液压。本发明利用用户控制面板发出控制信号，PLC控制器2与电磁阀相互配合形成控制动作，以及传感器反馈信号到用户端，进而形成新的控制动作，实现了系统的闭环控制。

由于燃料混合釜1呈纺锥型，需配合液位传感器6标定出不同液位对应的燃料体积，进而确定通入的燃料含量。在进行标定时，可以向燃料混合管缓慢通入蒸馏水，不同液位对应不同蒸馏水的体积，标记不同液位对应通入蒸馏水的体积。由于蒸馏水的密度为1.0g/cm3，可作为单位标准，对照液氨(0.602824g/cm3)以及液态二甲醚的密度(0.666g/cm3)得出不同液位对应的输入的燃料量。即通入aml的蒸馏水对应液位hcm，通入蒸馏水的质量为ag，将液位与体积对应。再对照密度表得到，当通入液氨时，液位为hcm时，对应通入液氨的质量为0.603ag，二甲醚同理。从而导出标定数据，用程序实现，至此完成液位和通入燃料质量的标定过程。

燃料混合釜1具有五个可封闭接口，顶部两个接口通过直通接头以及三通接头分别接燃料罐A、B以及增压气体罐C，底部接口输出按比例掺混的液体燃料，侧面两个接口分别接入液位传感器6，压力传感器7。

本发明提出多燃料自动配比装置，利用用户控制面板、PLC控制器2、电磁阀、传感器的相互配合，将燃料需要进行掺混的量转化为液位体现。目前燃料掺混多是使用压差式流量计监测所掺混燃料的量，首先在液体燃料的掺混的情况下会出现燃料飞溅，贴附在容器内表面，并未参与掺混，从而导致掺混比例不准确。其次流量计大多测量精度低，现场安装难度大，还有定期更换等方面的问题。本发明将掺混所需燃料的量转换为液位高度，有效地避免飞溅粘连在内壁的燃料未参与掺混的问题，同时安装简单，进一步减小外部误差，可以最大限度保证装置配比的精准度以及智能化。同时本发明具有很强的普适性，对于双液体燃料，都可以进行标定处理，根据不同液体燃料密度不同，改变用户控制面板中液位对应燃料的质量转化系数，就可以实现多种不同液体燃料的按比例掺混。

目前关于燃料配比装置，大多是采用流量计监控通入燃料的质量，而流量计现场安装难度大，测量精度普遍偏低。并且大部分装置结构复杂，虽然提高了配比精度，但也在一定程度上限制了装置的普适性。本发明通过利用液位传感器标定液位与通入燃料质量之间的关系，从而避开使用流量计直接对流量的测量，提高了配比精度的同时降低了装置安装难度，进一步减小人为误差。在结构上，本装置采用模块化设计，更改标定参数就可以实现对不同液体燃料的配比，保证了装置的普适性。

实施例2

本实施例提供一种智能控制多液体燃料配比方法，所述方法包括：

用户控制端8获取用户输入的多种燃料的通入量；各燃料的通入量满足燃料配比比例。

用户控制端8打开第i个燃料对应的电磁阀，并获取液位传感器6的液位。

当当前所述液位得到目标液位，则用户控制端8关闭第i个燃料对应的电磁阀；并令i＝i+1返回步骤“用户控制端8打开第i个燃料对应的电磁阀，并获取液位传感器6的液位”，直至所有燃料均通入至燃料混合釜1；第i个燃料对应的目标液位是i个燃料混合的总液位。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种智能控制多液体燃料配比装置，其特征在于，所述装置包括：多个不同燃料储液罐、燃料混合釜、控制器、液位传感器和用户控制端；

每一所述燃料储液罐均与所述燃料混合釜的燃料进口连接；每一所述燃料储液罐与所述燃料混合釜的连接管路上均设有电磁阀；

所述液位传感器设于所述燃料混合釜内，所述液位传感器与所述用户控制端连接；所述用户控制端与所述控制器连接；所述控制器与每一所述电磁阀连接；

所述用户控制端，用于获取所述液位传感器的液位数据，并结合所述燃料混合釜中不同燃料通入量与液位的标定关系确定不同燃料的通入量，并向所述控制器发送控制信号；

所述控制器，用于根据接收的所述控制信号控制所述电磁阀的通断以实现自动按照不同燃料的配比比例通入各质量的燃料。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述用户控制端还用于输入各燃料所需的质量。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：压力传感器和增压气体罐；所述压力传感器设于所述燃料混合釜中，所述增压气体罐通过气体电磁阀与所述燃料混合釜的气体进口连接；所述气体电磁阀与所述控制器连接。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述增压气体罐与所述燃料混合釜连接的管路上还设有安全阀；所述安全阀用于当所述燃料混合釜中的液压高于预设压力时，降低所述燃料混合釜中的液压。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述用户控制端还用于设置所述燃料混合釜中的液压的所述预设压力和期望液压。

6.一种基于权利要求1至5任一项所述的装置实现的智能控制多液体燃料配比方法，其特征在于，所述方法包括：

用户控制端获取用户输入的多种燃料的通入量；各燃料的通入量满足燃料配比比例；

用户控制端打开第i个燃料对应的电磁阀，并获取液位传感器的液位；

当当前所述液位得到目标液位，则用户控制端关闭第i个燃料对应的电磁阀；并令i＝i+1返回步骤“用户控制端打开第i个燃料对应的电磁阀，并获取液位传感器的液位”，直至所有燃料均通入至燃料混合釜；第i个燃料对应的目标液位是i个燃料混合的总液位。