CN201865777U - 液化天然气/柴油船舶双燃料发动机电控系统 - Google Patents
液化天然气/柴油船舶双燃料发动机电控系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开一种液化天然气/柴油船舶双燃料发动机电控系统，主要是为了克服现有运输船舶柴油发动机能耗高、污染严重、技术落后、性能差等缺点而设计。本实用新型包括：柴油供给系统，接收电子控制单元输出的控制指令并依该指令输出相应量的柴油；天然气供给系统，接收电子控制单元输出的控制指令并依该指令输出相应量的天然气；电子控制单元，接收监测系统和安全监测系统输出的信号并依该信号输出控制指令给柴油供给系统、天然气供给系统和总控制阀；监测系统，实时监测发动机的工作状况；总控制阀，依据电子控制单元输出的控制指令开通或断开柴油供给油路和/或天然气供给气路；以及安全监测系统，实时监测发动机中是否有燃气泄漏。
Description
技术领域
本实用新型涉及双燃料发动机电控技术领域，尤其涉及一种液化天然气/柴油船舶双燃料发动机电控系统。
背景技术
随着全球能源消耗迅速增长，大气污染和温室气体排放给人类的生活环境造成了严重影响。目前各国对发动机实现排放的无害化的要求日益强烈。国内对机动车的燃料能耗和污染物排放制定了完整的技术标准和法规体系，而内陆江河运输船舶却缺乏这样的监管体系，使得内陆运输船舶产生的大量的污染物和温室气体严重污染江河湖泊水域及沿线城市环境。
另外，我国江河大功率(300KW以上)运输船舶发动机的供油系统是由机械机构来实现的，即通过限制油泵油门位置来对每次缸内的柴油喷油量进行控制，其控制的自由度小、精度低，这严重影响了船舶发动机的节能减排效果。
液化天然气(LNG)是世界公认的清洁能源，越来越多地受到世界各国的青睐，其在汽车、发电，城市燃气等领域得到了广泛应用，而在船舶上的应用并没有引起人们的重视。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型提供一种液化天然气/柴油船舶双燃料发动机电控系统，以克服现有运输船舶柴油发动机能耗高、污染严重、技术落后、性能差等缺点。
为达到上述目的，本实用新型所述液化天然气/柴油船舶双燃料发动机电控系统包括：柴油供给系统、天然气供给系统，电子控制单元、监测系统和总控制阀；其中，
所述柴油供给系统，接收所述电子控制单元输出的控制指令，并依据控制指令输出相应量的柴油；
所述天然气供给系统，接收所述电子控制单元输出的控制指令，并依据控制指令输出相应量的天然气；
所述电子控制单元，接收所述监测系统输出的监测数据，并依据该监测数据输出控制指令给所述柴油供给系统、所述天然气供给系统和所述总控制阀；
所述监测系统，设置在所述发动机中，实时监测发动机的工作状况并输出监测数据；
所述总控制阀，设置在所述天然气供给系统和柴油供给系统的燃料输出端，接收所述电子控制单元输出的控制指令，并依据控制指令开通或断开所述柴油供给系统的柴油供给油路和/或所述天然气供给系统的天然气供给气路。
进一步地，所述液化天然气/柴油船舶双燃料发动机电控系统还包括一安全监测系统，所述安全监测系统由至少一个燃气泄漏探测器和报警器构成；其中，
所述燃气泄漏探测器，设置在所述发动机中，如发动机机舱、液化天然气储罐以及燃气装置和阀门集群处，实时监测所述发动机的天然气泄漏情况；
报警器，接收所述燃气泄漏探测器输出的监测信号，并依据监测信号输出报警信号给所述电子控制单元。
其中，所述柴油供给系统包括：柴油箱、控制柴油喷油量的柴油控制器和柴油高压泵；所述柴油控制器的控制信号输入端与所述电子控制单元的柴油输出量控制指令输出端相连，所述柴油箱的柴油输出端经所述柴油控制器与所述柴油高压泵的低压油端相连，所述柴油高压泵的高压油端与所述发动机的气缸连通。
所述天然气供给系统包括：液化天然气储罐、液化天然气控制阀、汽化器、过滤器、天然气电磁阀、减压器、天然气喷射阀、混合器、空滤器和涡轮增压器；其中，
所述液化天然气储罐、所述液化天然气控制阀、所述汽化器、所述过滤器、所述天然气电磁阀、所述减压器和所述天然气喷射阀依次首尾相连；
所述天然气喷射阀的天然气喷射端与所述混合器的燃气输入端相连通；
所述空滤器的进气端与大气相连通，所述空滤器的气体输出端与所述涡轮增压器的低压气体输入端相连，所述涡轮增压器的高压气体输出端与所述混合器的空气输入端相连通；
所述混合器的可燃混合气输出端与所述发动机的气缸相连通；
所述液化天然气控制阀、所述天然气电磁阀和所述天然气喷射阀的控制信号输入端分别与所述电子控制单元的控制信号输出端相连接。
所述监测系统包括：空气温度压力传感器、氧传感器、水温传感器、转数传感器、机油压力传感器、排气温度传感器、油门位置传感器、燃气温度传感器和燃气压力传感器。
本实用新型对原有船舶柴油发动机的燃料控制系统和进气控制系统进行了改进设计，加装了一套天然气供给系统和电子控制单元，通过电子控制单元对天然气供给系统和柴油供给系统的控制来实现柴油和液化天然气的双燃料运行，或纯柴油单一燃料运行。当发动机以双燃料运行时，柴油为引燃燃料，液化天然气为主燃料，其中柴油的喷射量不大于原柴油发动机机额定工况供油量的1/4。
本实用新型的有益效果是：本实用新型采用电子控制单元对引燃柴油量和液化天然气供给量进行适时、智能的电子控制，使两种燃料在船舶不同运行工况下得到合适的匹配，使双燃料发动机具有良好的动力性能，经济性和较好的排放性。另外，当发动机采用双燃料运行时，柴油作为引燃燃料，液化天然气为主燃料，天然气的综合替代率可达到70％以上。改造后的双燃料发动机不仅保持了原柴油发动机的动力性能，还降低了燃料成本(节约燃料费20％以上)，减少了污染物和温室气体的排放(颗粒物碳烟、氮氧化物和一氧化碳分别减少80％、40％和20％；二氧化碳可减少16％以上)，并且发动机运转更平稳。
本实用新型的实施将开启中国内陆江河湖泊水域发展低碳经济的先河，将为国家节能减排政策作出重大贡献。
附图说明
图1为本实用新型所述液化天然气/柴油船舶双燃料发动机电控系统的结构示意图；
图2为本实用新型所述液化天然气/柴油船舶双燃料发动机电控系统的柴油供给系统和天然气供给系统的燃料供给流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式做详细描述。
如图1所示，本实用新型所述液化天然气/柴油船舶双燃料发动机电控系统的结构示意图。图中所示，本实用新型所述液化天然气/柴油船舶双燃料发动机电控系统包括：柴油供给系统1、天然气供给系统2，电子控制单元3、监测系统4和总控制阀5；其中，
所述柴油供给系统1，接收所述电子控制单元3输出的控制指令，并依据控制指令输出相应量的柴油；
所述天然气供给系统2，接收所述电子控制单元3输出的控制指令，并依据控制指令输出相应量的天然气；
所述电子控制单元3，接收所述监测系统4输出的监测数据，并依据该监测数据输出控制指令给所述柴油供给系统1、所述天然气供给系统2和所述总控制阀5；
所述监测系统4，设置在所述发动机中，实时监测发动机的工作状况并输出监测数据；
所述总控制阀5，设置在所述柴油供给系统1和天然气供给系统2的燃料输出端，如图中所示可设置在所述柴油供给系统1的柴油箱的输出端和所述天然气供给系统2的液化天然气储罐的输出端，接收所述电子控制单元3输出的控制指令，并依据控制指令开通或断开所述柴油供给系统1的柴油供给油路和/或所述天然气供给系统2的天然气供给气路。
作为本实用新型更进一步的改进，还包括一个安全监测系统6，所述安全监测系统6，由至少一个燃气泄漏探测器和报警器构成；其中，所述燃气泄漏探测器，设置在发动机中，如发动机机舱、液化天然气储罐及其他燃气装置和阀门集群处，实时监测所述发动机的燃气泄漏情况；所述报警器，接收所述燃气泄漏探测器输出的燃气监测信号，并依据监测信号输出报警信号给所述电子控制单元3；所述电子控制单元3接收到该报警信号后，输出控制指令给所述总控制阀5，所述总控制阀5依据该控制指令断开所述天然气供给系统的天然气供给气路，待泄漏情况解除后，所述电子控制单元3输出控制指令给所述总控制阀5开通所述天然气供给系统的天然气供给气路，使发动机处于双燃料工作模式下。这样，可保证发动机安全正常的运行。
其中，所述柴油供给系统1包括：柴油箱、控制柴油喷油量的柴油控制器和柴油高压泵；所述柴油控制器的控制信号输入端与所述电子控制单元的柴油输出量控制指令输出端相连，所述柴油箱的柴油输出端经所述柴油控制器与所述柴油高压泵的低压油端相连，所述柴油高压泵的高压油端与所述发动机的气缸连通。
所述天然气供给系统2包括：液化天然气储罐、液化天然气控制阀、汽化器、过滤器、天然气电磁阀、减压器、天然气喷射阀、混合器、空滤器和涡轮增压器；其中，
所述液化天然气储罐、所述液化天然气控制阀、所述汽化器、所述过滤器、所述天然气电磁阀、所述减压器和所述天然气喷射阀依次首尾相连；
所述天然气喷射阀的天然气喷射端与所述混合器的燃气输入端相连通；
所述空滤器的进气端与大气相连通，所述空滤器的气体输出端与所述涡轮增压器的低压气体输入端相连，所述涡轮增压器的高压气体输出端与所述混合器的空气输入端相连通；
所述混合器的可燃混合气输出端与所述发动机的气缸相连通；
所述液化天然气控制阀、所述天然气电磁阀和所述天然气喷射阀的控制信号输入端分别与所述电子控制单元的控制信号输出端相连接。
电子控制单元(ECU)3，如图1所示ECU的信号输入端连接有监测系统4和安全监测系统6；控制指令输出端连接有所述柴油供给系统1的柴油控制器、所述天然气供给系统2的天然气喷射阀、天然气电磁阀和液化天然气控制阀以及总控制阀5。电子控制单元3可依据所述监测系统4实时监测发动机工作过程中的各项数据，通过给所述柴油供给系统1的柴油控制器、所述天然气供给系统2的液化天然气控制阀、天然气电磁阀和天然气喷射阀输出控制指令来实现对柴油和天然气的供给量进行精确控制；通过给所述总控制阀5输出控制指令来实现发动机纯柴油模式或双燃料工作模式的切换。图1中“→”表示输入所述电子控制单元3的各通信信号以及所述电子控制单元3输出的控制信号；
表示柴油和天然气的流动方向。
所述的监测系统4包括：空气温度压力传感器、氧传感器、水温传感器、转数传感器、机油压力传感器、排气温度传感器、油门位置传感器、燃气温度传感器和燃气压力传感器；其中，
所述的空气温度压力传感器和氧传感器用于实时监控发动机气缸内进气的压力，温度和氧含量，以便于所述柴油供给系统1和天然气供给系统2实时调整燃料的喷射量，使发动机达到合理的空燃比，减少废气的排放；
所述水温传感器，用于实时监测发动机冷却循环水的温度；
所述转数传感器，测量发动机曲轴转数，当转数传感器监测到发动机的曲轴转数达到预设转数时，所述电子控制单元3依据转数传感器输出的转数信号自动将发动机转换为双燃料运行模式；
所述机油压力传感器，测量机油压力；
所述排气温度传感器，用于实时监测发动机的工作状态，避免发动机过热或烧缸；
所述油门位置传感器，实时监测柴油的喷射量，以精确控制柴油的喷射量；
燃气温度传感器和燃气压力传感器，实时监测天然气的供给状况，保证所述天然气的喷射量。
如图2所示，本实用新型所述液化天然气/柴油船舶双燃料发动机电控系统的柴油供给系统和天然气供给系统的燃料供给流程图，其详细流程描述如下：
当采用纯柴油工作时，本实用新型所述的电子控制单元输出控制指令给所述总控制阀切断天然气的供给气路。柴油从柴油箱经柴油控制器及柴油高压泵喷射入发动机气缸内燃烧对外做功。
当采用双燃料工作时，所述发动机刚启动时使用柴油模式；当发动机的曲轴转数达到一定转数后，电子控制单元会输出控制信号给所述总控制阀，将发动机的运行模式转换为双燃料运行模式。此时，液化天然气在液化天然气储罐内的存储状态为零下162℃常态液压天然气，该状态下的液态天然气从液化天然气储罐出来通过液化天然气控制阀进入汽化器；进入汽化器的液态的天然气与发动机循环水进行热交换后气化成气态天然气CNG，压力为0.4Mpa～0.8Mpa。气态天然气CNG经过滤器进行过滤去杂后通过天然气电磁阀进入减压器进行减压，减压后的气态天然气CNG压力为0.1Mpa；最后，由天然气喷射阀喷入双燃料发动机的混合器中。外界空气经空滤器过滤后，通过涡轮增压器增压进入混合器与混合器中的CNG混合成为可燃混合气，进入发动机气缸内由柴油供给系统的柴油高压泵喷入的柴油引燃做功。
电子控制单元ECU，根据监测系统输入的天然气温度和压力信号，以及柴油供给系统的油门位置信号、排气温度信号、机油压力温度信号、曲轴转数信号、发动机内循环水水温信号以及气缸内空气压力温度信号、氧气信号，经过软件计算和处理，向发动机的柴油控制器、液化天然气控制阀、天然气电磁阀和天然气喷射阀输出控制指令，使引燃柴油的喷射量和主燃料CNG的喷射量得到精确、灵活、实时的控制，以满足船舶在不同的水域工况下对双燃料发动机运行的动力性、经济性和污染物排放的要求。
在所述发动机的工作过程中，当燃气泄漏探测器探测到有天然气泄漏时，会对外发出信号，报警器接收到信号后会发出报警信号，此时电子控制单元在接收到报警信号后会输出控制信号给总控制阀切断天然气供气气路停止天然气燃料的供应，此时，发动机在电子控制单元的控制下切换为纯柴油运行状态，保证船舶的正常运行。当泄漏情况解除后，在所述电子控制单元的控制下所述总控制阀开通天然气供气气路，发动机此时即可处于双燃料运行模式下运行。
本实用新型通过使用柴油作为引燃燃料，天然气作为主燃料大大降低了燃料成本，减少了污染物和温室气体的排放，并且使发动机运转更平稳。另外，本实用新型所述的电子控制单元对双燃料船舶发动机的引燃柴油量和主燃料天然气供给量进行实时智能控制，使两种燃料在船舶不同运行工况下得到合适的匹配，使双燃料发动机具有良好的动力性能，经济性和较好的排放性。
以上，仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种液化天然气/柴油船舶双燃料发动机电控系统，其特征在于，包括：柴油供给系统、天然气供给系统，电子控制单元、监测系统和总控制阀；其中，
所述柴油供给系统，接收所述电子控制单元输出的控制指令，并依据控制指令输出相应量的柴油；
所述天然气供给系统，接收所述电子控制单元输出的控制指令，并依据控制指令输出相应量的天然气；
所述电子控制单元，接收所述监测系统输出的监测数据，并依据该监测数据输出控制指令给所述柴油供给系统、所述天然气供给系统和所述总控制阀；
所述监测系统，设置在所述发动机中，实时监测发动机的工作状况并输出监测数据；
所述总控制阀，设置在所述天然气供给系统和柴油供给系统的燃料输出端，接收所述电子控制单元输出的控制指令，并依据控制指令开通或断开所述柴油供给系统的柴油供给油路和/或所述天然气供给系统的天然气供给气路。
2.根据权利要求1所述液化天然气/柴油船舶双燃料发动机电控系统，其特征在于，所述液化天然气/柴油船舶双燃料发动机电控系统还包括一安全监测系统，所述安全监测系统由至少一个燃气泄漏探测器和报警器构成；其中，
所述燃气泄漏探测器，设置在所述发动机中，实时监测所述发动机的天然气泄漏情况；
报警器，接收所述燃气泄漏探测器输出的监测信号，并依据监测信号输出报警信号给所述电子控制单元。
3.根据权利要求1或2所述液化天然气/柴油船舶双燃料发动机电控系统，其特征在于，所述柴油供给系统包括：柴油箱、控制柴油喷油量的柴油控制器和柴油高压泵；所述柴油控制器的控制信号输入端与所述电子控制单元的柴油输出量控制指令输出端相连，所述柴油箱的柴油输出端经所述柴油控制器与所述柴油高压泵的低压油端相连，所述柴油高压泵的高压油端与所述发动机的气缸连通。
4.根据权利要求1或2所述液化天然气/柴油船舶双燃料发动机电控系统，其特征在于，所述天然气供给系统包括：液化天然气储罐、液化天然气控制阀、汽化器、过滤器、天然气电磁阀、减压器、天然气喷射阀、混合器、空滤器和涡轮增压器；其中，
所述液化天然气储罐、所述液化天然气控制阀、所述汽化器、所述过滤器、所述天然气电磁阀、所述减压器和所述天然气喷射阀依次首尾相连；
所述天然气喷射阀的天然气喷射端与所述混合器的燃气输入端相连通；
所述空滤器的进气端与大气相连通，所述空滤器的气体输出端与所述涡轮增压器的低压气体输入端相连，所述涡轮增压器的高压气体输出端与所述混合器的空气输入端相连通；
所述混合器的可燃混合气输出端与所述发动机的气缸相连通；
所述液化天然气控制阀、所述天然气电磁阀和所述天然气喷射阀的控制信号输入端分别与所述电子控制单元的控制信号输出端相连接。
5.根据权利要求1或2所述液化天然气/柴油船舶双燃料发动机电控系统，其特征在于，所述监测系统包括：空气温度压力传感器、氧传感器、水温传感器、转数传感器、机油压力传感器、排气温度传感器、油门位置传感器、燃气温度传感器和燃气压力传感器。
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