CN202970916U - 二甲醚天然气混燃发动机燃料供给控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及发动机混合燃料控制领域，具体公开了一种二甲醚天然气混燃发动机燃料供给控制系统，其包括ECU、发动机，以及多个喷油阀，其还包括分别与发动机连通设置的二甲醚供气系统及天然气供气系统，二甲醚供气系统内包括有连通设置的二甲醚储罐及流量传感器，流量传感器一端与ECU通信连接，流量传感器另一端分别与多个喷油阀连通设置；天然气供气系统内包括有连通设置的燃气储罐、电磁阀、控流阀及混合器，电磁阀及控流阀均与ECU电性连接，混合器一端与空气相连通，混合器另一端与发动机连通设置。本实用新型采用二甲醚与天然气双燃料混燃方式，可以在保持原发动机的压燃模式下，实现发动机经济、环保、稳定运转。
Description
技术领域
本实用新型涉及发动机混合燃料控制领域，尤其涉及一种二甲醚、天然气（页岩气、煤层气）混燃发动机的燃料供给控制系统。
背景技术
压燃式发动机一般使用柴油作为燃料，由于其热效率高，一直受到人们的高度重视。但是它排放的有害炭烟和氮氧化合物很高，人们采取很多技术措施来降低其排放，都很难同时将他们降低。二甲醚（DME）作为一种新兴的清洁代用燃料，具有很高的十六烷值，其分子结构中无C-C键，雾化性能好，具有优良的压缩性，因此非常适合压燃式发动机。加之其来源广泛、沸点较低、可使发动机具有良好的冷启动性能，燃烧时不会产生黑烟，不含硫，因此二甲醚替代柴油可降低氮氧化物排放，实现无烟燃烧，是理想的压燃式发动机的洁净燃料。
天然气是一种多组分的混合气态化石燃料，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷。在常压下，冷却至约-162℃时，则由气态变成液态，称为液化天然气（LNG），热值约为9200大卡/m3，它存在于油田和天然气田、煤层，是较为安全的燃气之一。
由于二甲醚在理化性质上和柴油的差异，使得柴油发动机直接燃用二甲醚存在诸多问题，影响发动机动力性和经济性。而在二甲醚-柴油混合燃料发动机中，二甲醚的低热值，加上在系统中的替代率不高，只能达到10%左右，需要在发动机进气道上做增氧改造，使得二甲醚-柴油发动机的热效率及经济性也不高，推广的价值不大。现有的柴油-天然气双燃料发动机则在柴油发动机上增加一套柴油、天然气配给控制机构，其虽然对柴油发动机改动较少、易于实现，但在运转过程中天然气进入发动机时，挤压了进氧空间，降低了燃烧性，天然气、柴油约有10%的热效率被浪费。再者，现有的柴油、天然气双燃料发动机对柴油和天然气两种燃料之间的配比控制精度不高，不能适应各种复杂工况的要求，因此发动机的动力性、燃油经济性以及尾气排放难以达到较高的水平。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提出一种二甲醚天然气混燃发动机燃料供给控制系统，其可以在保持原发动机的压燃模式下，实现发动机经济、环保、稳定运转。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种二甲醚天然气混燃发动机燃料供给控制系统，其包括：ECU、发动机，以及相对于发动机设置且与ECU控制连接的多个喷油阀，其还包括分别与发动机连通设置的二甲醚供气系统及天然气供气系统，该二甲醚供气系统内包括有连通设置的二甲醚储罐及流量传感器，该流量传感器一端与ECU通信连接，流量传感器另一端分别与多个喷油阀连通设置；所述天然气供气系统内包括有连通设置的燃气储罐、电磁阀、控流阀及混合器，该电磁阀及控流阀均与ECU电性连接，该混合器一端与空气相连通，混合器另一端与发动机连通设置。
其中，所述二甲醚供气系统内还包括连通设置的第一滤清器及增压泵，该第一滤清器一端与二甲醚储罐连通设置，增压泵一端与流量传感器连通设置。
本实用新型的二甲醚供气系统内还包括一泄压阀，该泄压阀一端连通设置于第一滤清器与增压泵之间，另一端连通设置于增压泵与流量传感器之间。
进一步地，所述流量传感器与多个喷油阀之间还连通设置有一稳压罐。
本实用新型中，所述的喷油阀前端设有喷油嘴，该喷油嘴尖端伸入设置于发动机内。
具体的，所述天然气供气系统的电磁阀与控流阀之间还依次连通设置有减压器及第二滤清器，该电磁阀与减压器之间设有第一压力传感器，该减压器与第二滤清器之间设有第二压力传感器。
再者，所述天然气供气系统的混合器通过一空气进气道与空气相连通，该混合器与空气进气道之间设有一涡轮增压器。
此外，所述发动机一端通过一排气道与空气相连通，该发动机与排气道之间依次设有排气温度传感器及宽域氧传感器，该宽域氧传感器与混合器均通过涡轮增压器与空气相连通。
更进一步地，所述发动机内设有转速传感器、水温传感器及曲轴传感器，所述第一压力传感器、第二压力传感器、排气温度传感器、宽域氧传感器、转速传感器、水温传感器及曲轴传感器均与ECU通信连接。
本实用新型中，所述ECU还与一油门位置传感器通信连接。
本实用新型的二甲醚天然气混燃发动机燃料供给控制系统，其适用范围广，可使用在车用、船用、柴油发电机组等多领域；其可以在保持原发动机的压燃模式下，只增加一套数控供气系统，不仅弥补了天然气燃烧时供氧不足的问题，又弥补了二甲醚燃烧时热值不高的问题，使发动机在功效性、经济性上得到最大限度的提高；同时，其通过对发动机在各种条件下的实际燃料消耗进行实时监测，以该燃料消耗作为控制参数进行精确控制，从而确保发动机在各种情况下均能实现二甲醚和天然气供给配比、燃料总耗的精确控制，最终达到稳定发动机动力、提高燃油经济性、降低尾气排放的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，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为本实用新型二甲醚天然气混燃发动机燃料供给控制系统一种具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型提供一种二甲醚天然气混燃发动机燃料供给控制系统，其包括：ECU10、发动机20，以及相对于发动机20设置且与ECU10控制连接的多个喷油阀31，其还包括分别与发动机20连通设置的二甲醚供气系统及天然气供气系统。本实用新型可使用在车用、船用、柴油发电机组等多领域，其采用二甲醚与天然气双燃料混燃方式，在发动机燃烧过程中，因二甲醚自带34.8%的氧，进入发动机20与天然气混合后，相互弥补，使二甲醚弥补了天然气燃烧时供氧不足的问题，天然气弥补了二甲醚燃烧时热值不高的问题，混燃较为充分，比全柴油运行按目前市价可降低燃料成本成本35%以上。同时，由于二甲醚无C-C键，只有C-O和C-H键，且含氧量高，因此，燃烧后生成的微粒小，发动机能承受较高的排气循环率，彻底解决了传统柴油机不能同时降低颗粒和氮氧化合物排放的矛盾。
本实用新型中，所述二甲醚供气系统内包括有连通设置的二甲醚储罐30（上方为气相，下方为液相）及流量传感器32，该流量传感器32一端与ECU10通信连接，流量传感器32另一端分别与多个喷油阀31连通设置；所述天然气供气系统内包括有连通设置的燃气储罐40、电磁阀41、控流阀42及混合器43，该电磁阀41及控流阀42均与ECU10电性连接。该混合器43一端与空气相连通，混合器43另一端与发动机20连通设置。所述ECU10为该控制系统的运算中心，其在发动机20运行时，可以采集流量传感器32处的二甲醚流量信号，或者采集喷油阀31开启的频率脉宽信号，根据ECU10内存的程序和数据进行运算、处理、判断，将运算的结果转变为控制信号，并输出信号指令，通过对喷油阀31、电磁阀41及控流阀42进行控制，完成发动机在所需功率下的运行过程。
其中，所述二甲醚供气系统内还包括连通设置的第一滤清器33及增压泵34，该第一滤清器33一端与二甲醚储罐30连通设置，增压泵34一端与流量传感器32连通设置。该第一滤清器33可以滤除将要进入发动机20内的二甲醚中的有害杂质，以减少气缸、活塞、活塞环、气门及气门座的早期磨损。同时，由于固二甲醚的气化压力会随温度的升高而升高，因此需安装增压泵，而为了防止设备或管道内压力过大发生意外，本实用新型还在二甲醚供气系统内设有一泄压阀35，该泄压阀35一端连通设置于第一滤清器33与增压泵34之间，另一端连通设置于增压泵34与流量传感器32之间。当设备或管道内压力超过泄压阀35设定压力时，即自动开启泄压，保证设备和管道内介质压力在设定压力之下，保护设备和管道。再者，本实用新型在所述流量传感器32与多个喷油阀31之间还连通设置有一稳压罐36，该稳压罐36的设置，可以进一步的确保设备和管道内压力的动态平衡。
本实用新型中，所述的喷油阀31前端设有喷油嘴21，该喷油嘴21尖端伸入设置于发动机20内。在本实用新型具体实施例中，所述喷油阀31与喷油嘴21的数量均为6个，该多个喷油阀31与喷油嘴21的设置，可以在同等量油的情况下，可缩短喷射的时间，便于燃料和空气更多的时间去混合；同时，多喷油阀31与喷油嘴21可达到更细的油雾，便于燃料和空气混合，提高燃烧的质量，确保动力的充沛和节油。
由于纯二甲醚的润滑性极差，在发动机20上运行一段时间后，发动机20磨损严重。因此作为本实用新型的一种选择性实施例，可以在二甲醚储罐30灌装时加入一定量的润滑添加剂，以改善发动机的磨损情况。
进一步的，本实用新型中天然气供气系统的电磁阀41与控流阀42之间还依次连通设置有减压器44及第二滤清器45，该电磁阀41与减压器44之间设有第一压力传感器46，该减压器44与第二滤清器45之间设有第二压力传感器47。其中，该第一压力传感器46为一高压传感器，其用于对经过电磁阀41后的高压天然气进行压力检测；该第二压力传感器47为一低压传感器，其用于对经过减压器44减压后的低压天然气进行压力检测。
再者，本实用新型的天然气供气系统的混合器43通过一空气进气道51与空气相连通，该混合器43与空气进气道51之间设有一涡轮增压器48。此外，所述发动机20一端通过一排气道52与空气相连通，该发动机20与排气道52之间依次设有排气温度传感器22及宽域氧传感器23，该宽域氧传感器23与混合器43均通过涡轮增压器48与空气相连通。
更进一步地，所述发动机20内设有转速传感器24、水温传感器25及曲轴传感器26，所述第一压力传感器46、第二压力传感器47、排气温度传感器22、宽域氧传感器23、转速传感器24、水温传感器25及曲轴传感器26均与ECU10通信连接。作为本实用新型的一种具体实施例，所述ECU10还与一油门位置传感器27通信连接。
本实用新型的二甲醚天然气混燃发动机燃料供给控制系统在具体应用中，二甲醚依次通过二甲醚储罐30、第一滤清器33、增压泵34、泄压阀35、流量传感器32、稳压罐36、喷油阀31，经喷油嘴21进入发动机20。该过程中，既可以由流量传感器32来对ECU10输出信号，或者，还可以由喷油阀31的开启频率、脉宽信号对ECU10输出信号。而天然气则依次由燃气储罐30、电磁阀41、第一压力传感器46、减压器44、第二压力传感器47、第二滤清器45、控流阀42，由混合器43与空气在空气进气道51且在涡轮增压器48后混合，从而进入发动机20。在上述工作过程中，最大的难度就是发动机20运行中对二甲醚和天然气配比供给的控制。在本实用新型中，ECU10在发动机20运行时，可以采集流量传感器32处的二甲醚流量信号或者喷油阀31开启的频率脉宽信号，以对喷油阀31、电磁阀41及控流阀42进行控制，从而可确保发动机在各种情况下均能实现二甲醚和天然气供给配比、燃料总耗的精确控制，最终达到稳定发动机动力、提高燃油经济性、降低尾气排放的目的。在本实用新型具体实施例中，所述ECU10可以通过采集二甲醚流量信号或者喷油阀31开启的频率脉宽信号，同时结合油门位置传感器27处的油门位置信号、转速传感器24处的转速信号、宽域氧传感器23处的氧传感器信号、水温传感器25处的发动机温度信号、排气温度传感器22处的排温信号、曲轴传感器26处的发动机曲轴信号、第一压力传感器46处的燃气高压信号、第二压力传感器47燃气低压信号，利用上述输入信号确定发动机20当前工况的燃气供给及进气量等信息，通过基本数据及数据修正程式对当前各工况负荷、转速进行比较计算，输出正确的指令信息控制喷油阀31、电磁阀41及控流阀42，从而控制发动机20有合适的燃气流量以得到各工况下的理想的目标空燃比。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种二甲醚天然气混燃发动机燃料供给控制系统，包括ECU、发动机，以及相对于发动机设置且与ECU控制连接的多个喷油阀，其特征在于，还包括分别与发动机连通设置的二甲醚供气系统及天然气供气系统，该二甲醚供气系统内包括有连通设置的二甲醚储罐及流量传感器，该流量传感器一端与ECU通信连接，流量传感器另一端分别与多个喷油阀连通设置；所述天然气供气系统内包括有连通设置的燃气储罐、电磁阀、控流阀及混合器，该电磁阀及控流阀均与ECU电性连接，该混合器一端与空气相连通，混合器另一端与发动机连通设置。
2.如权利要求1所述的二甲醚天然气混燃发动机燃料供给控制系统，其特征在于，所述二甲醚供气系统内还包括连通设置的第一滤清器及增压泵，该第一滤清器一端与二甲醚储罐连通设置，增压泵一端与流量传感器连通设置。
3.如权利要求2所述的二甲醚天然气混燃发动机燃料供给控制系统，其特征在于，所述二甲醚供气系统内还包括一泄压阀，该泄压阀一端连通设置于第一滤清器与增压泵之间，另一端连通设置于增压泵与流量传感器之间。
4.如权利要求3所述的二甲醚天然气混燃发动机燃料供给控制系统，其特征在于，所述流量传感器与多个喷油阀之间还连通设置有一稳压罐。
5.如权利要求4所述的二甲醚天然气混燃发动机燃料供给控制系统，其特征在于，所述喷油阀前端设有喷油嘴，该喷油嘴尖端伸入设置于发动机内。
6.如权利要求1所述的二甲醚天然气混燃发动机燃料供给控制系统，其特征在于，所述天然气供气系统的电磁阀与控流阀之间还依次连通设置有减压器及第二滤清器，该电磁阀与减压器之间设有第一压力传感器，该减压器与第二滤清器之间设有第二压力传感器。
7.如权利要求6所述的二甲醚天然气混燃发动机燃料供给控制系统，其特征在于，所述天然气供气系统的混合器通过一空气进气道与空气相连通，该混合器与空气进气道之间设有一涡轮增压器。
8.如权利要求7所述的二甲醚天然气混燃发动机燃料供给控制系统，其特征在于，所述发动机一端通过一排气道与空气相连通，该发动机与排气道之间依次设有排气温度传感器及宽域氧传感器，该宽域氧传感器与混合器均通过涡轮增压器与空气相连通。
9.如权利要求8所述的二甲醚天然气混燃发动机燃料供给控制系统，其特征在于，所述发动机内设有转速传感器、水温传感器及曲轴传感器，所述第一压力传感器、第二压力传感器、排气温度传感器、宽域氧传感器、转速传感器、水温传感器及曲轴传感器均与ECU通信连接。
10.如权利要求9所述的二甲醚天然气混燃发动机燃料供给控制系统，其特征在于，所述ECU还与一油门位置传感器通信连接。
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2012
- 2012-12-07 CN CN 201220667370 patent/CN202970916U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116839923A (zh) * | 2023-07-04 | 2023-10-03 | 江西中发天信航空发动机科技有限公司 | 航空发动机尾气收集装置和方法 |
| CN116839923B (zh) * | 2023-07-04 | 2024-04-12 | 江西中发天信航空发动机科技有限公司 | 航空发动机尾气收集装置和方法 |
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