CN202023640U - 燃气/柴油船舶双燃料发动机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种燃气/柴油船舶双燃料发动机，主要是为了提供一种节能环保的双燃料发动机而设计。本实用新型包括发动机机体，还包括：监测系统，设置在所述发动机机体内实时监测发动机的工作状况并将监测到的信息输出至电子控制单元；电子控制单元，接收与其连接的各系统输出的信息，并依据该信息按预设程序向燃气供给系统和/或柴油供给系统输出控制指令；燃气供给系统，接收电子控制单元输出的控制指令，并依据接收到的控制指令为发动机输送或停止输送燃气；以及，柴油供给系统，接收电子控制单元输出的控制指令，并依据接收到的控制指令为发动机输送或停止输送柴油。本实用新型节能环保，为我国江河水运发展低碳经济和船舶节能减排开启先河。
Description
技术领域
本实用新型涉及船舶发动机领域，尤其涉及一种燃气/柴油船舶双燃料发动机。
背景技术
目前我国内陆水运大中型船舶(3000吨级以上)有近28万艘(包括长江水域15万艘)，其发动机几乎全部是以柴油燃料为动力的，发动机功率大(300KW以上)、油耗高、污染排放严重、技术水平低。多年来一直是我国江河水运领域高能耗和高污染的一大隐患。
目前，由于受到全球石油资源紧缺，环境污染和温室气体排放的威胁，许多国家都青睐于以液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)或压缩天然气(CNG)等这类世界公认的清洁能源为燃料的船舶发动机。尤其是在北美，北欧及俄罗斯等地区和国家都在积极地发展和应用采用清洁能源为燃料的船舶发动机。
2010年我国石油进口2亿多吨，石油进口依存度达55％，石油生产资源性增长日趋乏力；而我国天然气的生产2010年达950亿M3，近几年每年以10％以上的速度快速发展，资源丰富，发展前景十分给力。
2010年国务院提出了关于“加快长江等内河水运发展、促进节能减排，实现内河水运绿色发展”的发展战略。本实用新型将为我国这一战略做出贡献，并为我国江河水运发展低碳经济和船舶节能减排开启先河。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型提供一种节能环保的燃气/柴油船舶双燃料发动机。
为达到上述目的，本实用新型燃气/柴油船舶双燃料发动机，包括发动机机体，还包括：监测系统、电子控制单元、燃气供给系统以及柴油供给系统；其中，
所述监测系统，包括：均设置在所述发动机机体内的发动机转速传感器、水温传感器、氧传感器、尾气排放监测传感器、排气温度传感器、机油压力传感器、燃气储罐液位监测传感器、燃气压力传感器和燃气温度传感器，实时监测所述发动机的工作状况并将监测到的信息输出至所述电子控制单元；
所述电子控制单元，接收与其连接的各系统输出的信息，并依据该信息按预设程序向所述燃气供给系统和/或柴油供给系统输出控制指令；
所述燃气供给系统，接收所述电子控制单元输出的控制指令，并依据接收到的控制指令为所述发动机机体内输送或停止输送燃气；
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，并依据接收到的控制指令为所述发动机机体内输送或停止输送柴油。
进一步地，本实用新型还包括：安防系统，所述发动机机体内可燃气体压力超标、排气管内残余有未燃烧气体和/或曲轴箱体内燃气的浓度超标，阻止爆燃爆炸发生，并输出警报信号至所述电子控制单元。
进一步地，本实用新型还包括：泄露监测系统，实时监测所述燃气供给系统的燃气泄露状况，并向所述电子控制系统输出泄露报警信号。
进一步地，本实用新型还包括：北斗卫星燃料监测系统，实时监测和记录所述发动机所消耗的柴油及燃气的用量、发动机转速、发动机循环水水温、燃气储罐液位、燃气压力、污染物排放以及GPS定位信息，依据记录的信息计算出燃油的替代率和发动机的工作状况。
进一步地，所述电子控制单元包括：发动机终端服务器、处理器和控制器；其中，
所述发动机终端服务器，接收所述监测系统输出的信息，并将其输送至所述处理器；
所述处理器，依据预设的程序对接收到的信息进行计算和处理，将处理结果输送至所述控制器；
所述控制器，依据接收到的处理结果向外输出相应的控制指令。
进一步地，所述燃气供给系统包括：经管道依次连接的燃气储罐、燃气总控制阀、汽化器、过滤器、高压电磁阀、一级减压器、连销放气阀、低压电磁阀、减压调节器、燃气喷嘴和混合器，所述混合器的混合气体输出端口与所述发动机的各燃烧室连通。
进一步地，所述柴油供给系统包括：柴油油箱、油门位置传感器、柴油控制器和油泵齿杆；其中，
所述油门位置传感器，将监测到的油门位置信息传输至所述电子控制单元；
所述柴油控制器，接收所述电子控制单元输出的控制指令控制所述油泵齿杆向所述发动机机体内喷射柴油。
进一步地，所述安防系统包括：进气总管防爆安全阀、排气管防爆安全阀、曲轴箱燃气探测器和曲轴箱通风系统；其中，
所述进气总管防爆安全阀，进气总管内可燃气体压力超过安全极限时阻止爆燃爆炸发生；
所述排气管防爆安全阀，排气管中残存有未燃烧气体时阻止爆燃爆炸发生；
所述曲轴箱燃气探测器，实时检测所述发动机曲轴箱内燃气浓度并输出检测结果值；
所述曲轴箱通风系统，接收并判断所述曲轴箱燃气探测器输出的检测值是否超标，超标即自动打开设置在所述发动机曲轴箱内的通风系统。
进一步地，所述泄露监测系统包括：报警器和至少一个燃气探测器；其中，
所述至少一个燃气探测器，设置在所述燃气储罐区、各燃气管道、各阀门和/或发动机曲轴箱内，实时检测燃气的泄露情况；
所述报警器，接收到其中一个所述燃气探测器输出的泄露信号后输出报警信号至所述电子控制单元。
进一步地，所述北斗卫星燃料监测系统包括：发动机终端应用系统、北斗卫星通信系统和监控指挥中心系统；其中，
所述发动机终端应用系统，包括：船舶终端采集服务器和北斗船载用户机；其中，所述船舶终端采集服务器，采集燃气和柴油的流量信息以及船舶的GPS定位信息并将采集到的数据信息输出；所述北斗船载用户机，实时接收所述监测系统输出的发动机转速、水温、燃气储罐液位、燃气压力和污染物排放信息以及所述船舶终端采集服务器输出的燃气、柴油流量信息和GPS定位信息，将接收到的信息进行处理得出柴油和燃气的消耗量并将处理后得出的数据转换为符合卫星通信协议的通讯数据发出；
所述北斗卫星通信系统，建立所述发动机终端应用系统和所述监控指挥中心系统的通讯连接，接收所述发动机终端应用系统发出的通信信息并将其传送至所述监控指挥中心系统；
所述监控指挥中心系统，将接收的通讯数据进行存储、显示、打印和/或调用。
本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型所述燃气/柴油船舶双燃料发动机通过电子控制单元对引燃柴油量和燃气气供给量进行适时、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。
(2)本实用新型采用双燃料运行时，柴油作为引燃燃料，燃气为主燃料；该发动机还可以恢复纯柴油运行模式。本实用新型所述的燃气/柴油船舶双燃料发动机，柴油消耗量占20％-30％；燃气消耗量占70％-80％，可节约燃料成本20％以上；动力性和原发动机相差无几；污染物排放大大降低；颗粒物碳烟减少80％、硫化物减少80％，NOX减少40％、CO2减少20％；而且发动机运行平稳、噪声低。
(3)本实用新型基于北斗卫星平台对燃气/柴油船舶双燃料发动机进行远程无线监测，全面实时的监测发动机的能耗，GPS定位信息，发动机的运行工况(包括：发动机转速和水温)、燃气储罐液位、燃气压力和污染物排放。
(4)本实用新型的实施为我国江河水运发展低碳经济和船舶节能减排开启先河，将为国家节能减排政策作出重大贡献。
附图说明
图1为本实用新型所述燃气柴油船舶双燃料发动机的原理图；
图2为本实用新型所述燃气柴油船舶双燃料发动机的结构示意图。
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。
本实用新型所述燃气/柴油船舶双燃料发动机是在以原有船舶用柴油发动机的基础上在不改变原发动机结构和燃烧方式的基础上，在原柴油发动机加装一套燃气供给系统和电子控制系统，使其成为燃气/柴油船舶双燃料发动机。本实用新型中所述的燃气可以是液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)或压缩天然气(CNG)等清洁能源。
如图1和图2所示，本实用新型燃气/柴油船舶双燃料发动机，包括发动机机体，还包括：监测系统、电子控制单元、燃气供给系统以及柴油供给系统；其中，
所述监测系统，包括：均设置在所述发动机机体内且实时监测发动机工作状况的发动机转速传感器、水温传感器、氧传感器、尾气排放监测传感器、排气温度传感器、机油压力传感器、燃气储罐液位监测传感器、燃气压力传感器和燃气温度传感器；所述发动机转速传感器，测量发动机曲轴转速，当发动机转速传感器监测到发动机的曲轴转速达到预设转速时，所述电子控制单元依据转速传感器输出的转速信号自动将发动机转换为双燃料运行模式；所述水温传感器，用于测量发动机冷却循环水的温度；所述氧传感器，用于监测发动机内氧气的含量；所述尾气排放检测传感器，实时监测发动机排出的尾气的污染物含量(如颗粒物碳烟、硫化物，NOX以及CO2等的含量)；所述排气温度传感器，通过实时监测发动机排气的温度，监测发动机的工作状态，避免发动机过热或烧缸；所述机油压力传感器，测量机油压力；所述燃气罐液位检测传感器，用于监测燃气罐内液化燃气的液位信息；所述燃气压力传感器和燃气温度传感器，用于监测燃气的供给状况，保证燃气的喷射量；
所述电子控制单元，接收与其连接的各系统输出的信息，并依据该信息按预设程序向所述燃气供给系统和/或柴油供给系统输出控制指令；
所述燃气供给系统，接收所述电子控制单元输出的控制指令，并依据接收到的控制指令为所述发动机机体内输送或停止输送燃气；
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，并依据接收到的控制指令为所述发动机机体内输送或停止输送柴油。
作为本实用新型进一步地实施例，为提高双燃料发动机的安全系数，所述燃气柴油船舶双燃料发动机还包括：安防系统，所述发动机机体内可燃气体压力超标、排气管内残余有未燃烧气体和/或曲轴箱体内燃气的浓度超标，阻止爆燃爆炸发生，并输出警报信号至所述电子控制单元。
作为本实用新型更进一步地实施例，为更进一步地提高双燃料发动机的工作安全系数，所述燃气柴油船舶双燃料发动机还包括：泄露监测系统，实时监测所述燃气供给系统的燃气泄露状况，并向所述电子控制系统输出泄露报警信号。
作为本实用新型再进一步地实施例，为计算燃油替代率，合理地控制燃料消耗(成本)以及实现实时监测双燃料发动机的工作状况的目的，本实用新型所述燃气柴油船舶双燃料发动机还包括：北斗卫星燃料监测系统，实时监测和记录所述发动机所消耗的柴油及燃气的用量、发动机转速、发动机循环水水温、燃气储罐液位、燃气压力、污染物排放以及GPS定位信息，依据记录的信息计算出燃油的替代率和发动机的工作状况。
于一具体实施例中，上述的电子控制单元包括：发动机终端服务器、处理器和控制器；其中，所述发动机终端服务器，接收所述监测系统输出的信息，并将其输送至所述处理器；所述处理器，依据预设的程序对接收到的信息进行计算和处理，将处理结果输送至所述控制器；所述控制器，依据接收到的处理结果向外输出相应的控制指令。处理器依据预设程序将接收自所述监测系统输出的检测信息进行计算和处理，并输出控制指令，实时、精确地向发动机提供燃气和/或柴油，使所述船舶能运行在双燃料运行模式或恢复柴油运行模式。ECU系统还负责双燃料船舶安防系统、远程无线监控系统、泄漏监测系统、通风子系统和动力子系统的信息处理和控制管理。
于一具体实施例中，如图2所示，图中“→”表示控制指令的流动方向；
表示柴油和燃气的流动方向。上述的燃气供给系统包括：经管道依次连接的燃气储罐、燃气总控制阀、汽化器、过滤器、高压电磁阀、一级减压器、连销放气阀、低压电磁阀、减压调节器、燃气喷嘴和混合器。当船舶发动机以双燃料模式运行时，储罐内液态的燃气经燃气总控制阀进入汽化器，燃气吸收江水和发动机循环水的热能，将-162℃常压的液态燃气汽化为气态的燃气，随后再经过滤器除去杂质，除杂后的燃气进入高压电磁阀，再经一级减压器减压(压力为0.4-0.8Mpa)，经连锁放气阀进入低压电磁阀；当高压、低压两阀关闭时多余的燃气会从连锁放气阀放空排出，当高压、低压两阀处于开启状态时经减压器减压后的燃气从低压电磁阀进入减压调节阀，经二次减压(压力为0.3-0.5Mpa)后再进入燃气喷嘴，并将燃气喷入混合器，在混合器内燃气和增压后的空气混合形成可燃混合气，进入发动机燃烧做功。所述燃气总控制阀、连锁放气阀、低压电磁阀和燃气喷嘴受控于所述电子控制单元，当所述电子控制单元接收到监测系统输出的监测信号时，所述电子控制单元会依据预设程序对监测信号进行计算和处理，并输出相应的控制指令至所述燃气总控制阀、连锁放气阀、低压电磁阀和/或燃气喷嘴以控制开启或关闭。
于一具体实施例中，上述的柴油供给系统包括：柴油油箱、油门位置传感器、柴油控制器和油泵齿杆；其中，所述油门位置传感器，将监测到的油门位置信息传输至所述电子控制单元；所述柴油控制器，接收所述电子控制单元输出的控制指令控制所述油泵齿杆向所述发动机机体内喷射柴油。本实用新型在双燃料发动机运行状态时，油门位置传感器和其它传感器(如转速、水温等即监测系统中的各传感器)监测到的信息输入电子控制单元(ECU)并进行计算处理，ECU向柴油控制器发出指令，并通过油泵齿杆的位置限定燃油的喷射量，适时、精确地将柴油喷入发动机，引燃燃气燃烧做功。当发动机的曲轴转速达到阈值转速时，ECU输出控制指令至所述燃气总控制阀，以开启所述燃气总控制阀向发动机内提供燃气，使发动机处于纯燃气工作状态。
于一具体实施例中，上述的安防系统包括：进气总管防爆安全阀、排气管防爆安全阀、曲轴箱燃气探测器和曲轴箱通风系统；其中，所述进气总管防爆安全阀，进气总管内可燃气体压力超过安全极限时阻止爆燃爆炸发生；所述排气管防爆安全阀，排气管中残存有未燃烧气体时阻止爆燃爆炸发生；所述曲轴箱燃气探测器，实时检测所述发动机曲轴箱内燃气浓度并输出检测结果值；所述曲轴箱通风系统，接收并判断所述曲轴箱燃气探测器输出的检测值是否超标，超标即自动打开设置在所述发动机曲轴箱内的通风系统，保证船舶安全、正常运行，待所述曲轴箱燃气探测器输的的检测值不超标时停止运行通风系统；同时，电子控制单元自动输出控制指令关闭燃气总控制阀，恢复发动机的纯柴油运行模式。
于一具体实施例中，上述的泄露监测系统包括：报警器和至少一个燃气探测器；其中，所述至少一个燃气探测器，设置在所述燃气储罐区、各燃气管道、各阀门和/或发动机曲轴箱内，实时检测燃气的泄露情况；所述报警器，接收到其中一个所述燃气探测器输出的泄露信号后输出报警信号至所述电子控制单元。电子控制单元ECU输出控制指令关闭所述燃气总控制阀，恢复纯柴油运行模式，保证船舶安全、正常行驶。
于一具体实施例中，上述的北斗卫星燃料监测系统包括：发动机终端应用系统、卫星通信系统和监控指挥中心系统；其中，
所述发动机终端应用系统，包括：船舶终端采集服务器和北斗船载用户机；其中，所述船舶终端采集服务器，采集燃气和柴油的流量信息以及船舶的GPS定位信息并将采集到的数据信息输出；所述北斗船载用户机，实时接收所述监测系统输出的发动机转速、水温、燃气储罐液位、燃气压力和污染物排放信息以及所述船舶终端采集服务器输出的燃气、柴油流量信息和GPS定位信息，将接收到的信息进行处理得出柴油和燃气的消耗量并将处理后得出的数据转换为符合卫星通信协议的通讯数据发出；
所述北斗卫星通信系统，建立所述发动机终端应用系统和所述监控指挥中心系统的通讯连接，接收所述发动机终端应用系统发出的通讯信息并将其传输至所述监控指挥中心系统；
所述监控指挥中心系统，将接收的通讯数据(包括：船舶燃气和柴油的消耗情况、发动机转速、发动机内循环水的温度，燃气储罐液位信息、燃气压力、在运行航道的具体位置GPS信息以及污染物排放等)存储、显示、打印和/或调用。
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 (10)
1.一种燃气/柴油船舶双燃料发动机，包括发动机机体，其特征在于，还包括：监测系统、电子控制单元、燃气供给系统以及柴油供给系统；其中，
所述监测系统，包括：均设置在所述发动机机体内的发动机转速传感器、水温传感器、氧传感器、尾气排放监测传感器、排气温度传感器、机油压力传感器、燃气储罐液位监测传感器、燃气压力传感器和燃气温度传感器，实时监测所述发动机的工作状况并将监测到的信息输出至所述电子控制单元；
所述电子控制单元，接收与其连接的各系统输出的信息，并依据该信息按预设程序向所述燃气供给系统和/或柴油供给系统输出控制指令；
所述燃气供给系统，接收所述电子控制单元输出的控制指令，并依据接收到的控制指令为所述发动机机体内输送或停止输送燃气；
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，并依据接收到的控制指令为所述发动机机体内输送或停止输送柴油。
2.根据权利要求1所述燃气/柴油船舶双燃料发动机，其特征在于，还包括：安防系统，所述发动机机体内可燃气体压力超标、排气管内残余有未燃烧气体和/或曲轴箱体内燃气的浓度超标，阻止爆燃爆炸发生，并输出警报信号至所述电子控制单元。
3.根据权利要求1所述燃气/柴油船舶双燃料发动机，其特征在于，还包括：泄露监测系统，实时监测所述燃气供给系统的燃气泄露状况，并向所述电子控制系统输出泄露报警信号。
4.根据权利要求1所述燃气/柴油船舶双燃料发动机，其特征在于，还包括：北斗卫星燃料监测系统，实时监测和记录所述发动机所消耗的柴油及燃气的用量、发动机转速、发动机循环水水温、燃气储罐液位、燃气压力、污染物排放信息以及GPS定位信息，依据记录的信息计算出燃油的替代率和发动机的工作状况。
5.根据权利要求1所述燃气/柴油船舶双燃料发动机，其特征在于，所述电子控制单元包括：发动机终端服务器、处理器和控制器；其中，
所述发动机终端服务器，接收所述监测系统输出的信息，并将其输送至所述处理器；
所述处理器，依据预设的程序对接收到的信息进行计算和处理，将处理结果输送至所述控制器；
所述控制器，依据接收到的处理结果向外输出相应的控制指令。
6.根据权利要求1所述燃气/柴油船舶双燃料发动机，其特征在于，所述燃气供给系统包括：经管道依次连接的燃气储罐、燃气总控制阀、汽化器、过滤器、高压电磁阀、一级减压器、连销放气阀、低压电磁阀、减压调节器、燃气喷嘴和混合器，所述混合器的混合气体输出端口与所述发动机的各燃烧室连通。
7.根据权利要求1所述燃气/柴油船舶双燃料发动机，其特征在于，所述柴油供给系统包括：柴油油箱、油门位置传感器、柴油控制器和油泵齿杆；其中，
所述油门位置传感器，将监测到的油门位置信息传输至所述电子控制单元；
所述柴油控制器，接收所述电子控制单元输出的控制指令控制所述油泵齿杆向所述发动机机体内喷射柴油。
8.根据权利要求2所述燃气/柴油船舶双燃料发动机，其特征在于，所述安防系统包括：进气总管防爆安全阀、排气管防爆安全阀、曲轴箱燃气探测器和曲轴箱通风系统；其中，
所述进气总管防爆安全阀，进气总管内可燃气体压力超过安全极限时阻止爆燃爆炸发生；
所述排气管防爆安全阀，排气管中残存有未燃烧气体时阻止爆燃爆炸发生；
所述曲轴箱燃气探测器，实时检测所述发动机曲轴箱内燃气浓度并输出检测结果值；
所述曲轴箱通风系统，接收并判断所述曲轴箱燃气探测器输出的检测值是否超标，超标即自动打开设置在所述发动机曲轴箱内的通风系统。
9.根据权利要求3所述燃气/柴油船舶双燃料发动机，其特征在于，所述泄露监测系统包括：报警器和至少一个燃气探测器；其中，
所述至少一个燃气探测器，设置在所述燃气储罐区、各燃气管道、各阀门和/或发动机曲轴箱内，实时检测燃气的泄露情况；
所述报警器，接收到其中一个所述燃气探测器输出的泄露信号后输出报警信号至所述电子控制单元。
10.根据权利要求4所述燃气/柴油船舶双燃料发动机，其特征在于，所述北斗卫星燃料监测系统包括：发动机终端应用系统、北斗卫星通信系统和监控指挥中心系统；其中，
所述发动机终端应用系统，包括：船舶终端采集服务器和北斗船载用户机；其中，所述船舶终端采集服务器，采集燃气和柴油的流量信息以及船舶的GPS定位信息并将采集到的数据信息输出；所述北斗船载用户机，实时接收所述监测系统输出的发动机转速、水温、燃气储罐液位、燃气压力和污染物排放信息以及所述船舶终端采集服务器输出的燃气、柴油流量信息和GPS定位信息，将接收到的信息进行处理得出柴油和燃气的消耗量并将处理后得出的数据转换为符合卫星通信协议的通讯数据发出；
所述北斗卫星通信系统，建立所述发动机终端应用系统和所述监控指挥中心系统的通讯连接，接收所述发动机终端应用系统发出的通信信息并将其传送至所述监控指挥中心系统；
所述监控指挥中心系统，将接收的通讯数据进行存储、显示、打印和/或调用。
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