CN207018095U - 用于发动机的燃料输送系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于发动机的燃料输送系统。该燃料输送系统包括箱、温度传感器、输送管路、热交换器、控制阀、止回阀、旁通管路、旁通阀以及控制器。控制器配置成接收指示存在于箱内的燃料的温度的信号。控制器还配置成至少部分地基于所接收的信号控制控制阀，以选择性地使得气态燃料的至少一部分通过旁通管路从热交换器向箱逆流。燃料的该部分适于升高存在于箱内的燃料的温度。燃料输送系统省去了对额外的增压/压力泵的需要，因此降低了系统成本和简化了结构的复杂性。

Description

用于发动机的燃料输送系统

技术领域

本实用新型涉及一种燃料输送系统。更具体地，本实用新型涉及用于发动机的燃料输送系统。

背景技术

发动机，例如火花点火发动机，压燃点火双燃料发动机等，使用燃料，例如液化天然气（LNG）用于燃烧。这样的发动机依赖于燃料/LNG箱内的压力以提供足够的燃料流量，以省去对附加的燃料/低温泵的需要。

在LNG箱的燃料补给期间，LNG箱的温度可能主要由于LNG的输入供应的低温而降低。结果，LNG箱内的压力可能会成比例地减小。而且，在发动机运行期间，随着LNG的消耗，LNG箱内的LNG的体积量可能会减少，转而导致LNG箱内压力的下降。在这种情况下，供应到发动机的燃料的压力可降低到低于特定的阈值，导致发动机的动力下降的或者不期望的性能。

美国专利US6,125,637描述了一种燃料输送系统，其具有配置为接收液体天然气的燃料箱。该系统包括从燃料箱的蒸汽保持部分延伸到节能阀的第一管路。该系统包括从燃料箱的液态保持部分延伸到节能阀的第二管路。该系统包括联接到节能阀的蒸发器。蒸发器由来自发动机的冷却剂加热并位于燃料箱的下方。节能阀根据燃料箱的蒸汽保持部分内的压力选择性地从燃料箱中输送液态天然气或汽化天然气。该系统还包括从蒸发器延伸到发动机的输送管路。该系统还包括回流管路，该回流管路具有形成在其中的止回阀，并从输送管路延伸到燃料箱的蒸汽保持部分，用于对燃料箱加压。

实用新型内容

本发明的一方面提供用于发动机的燃料输送系统。燃料输送系统包括适于存储燃料的箱。燃料输送系统包括温度传感器，该温度传感器设置成与箱相关联。温度传感器配置成产生指示存在于箱内燃料的温度的信号。燃料输送系统包括输送管路，该输送管路联接到箱和发动机。燃料输送系统包括热交换器，该热交换器在箱的下游联接到输送管路。热交换器适于将燃料从液态转换成气态。燃料输送系统包括控制阀，该控制阀在热交换器的下游联接到输送管路。控制阀适于控制燃料从热交换器至发动机的流动。燃料输送系统包括止回阀，该止回阀在箱的下游并且在热交换器的上游联接到输送管路。燃料输送系统包括旁通管路，该旁通管路联接到输送管路并且与止回阀并联。燃料输送系统还包括联接到旁通管路的旁通阀。燃料输送系统进一步包括控制器，该控制器联接到温度传感器和控制阀。控制器配置成接收指示存在于箱内燃料的温度的信号。控制器还配置成至少部分地基于所接收的信号控制控制阀，以选择性地使得气态燃料的至少一部分通过旁通管路从热交换器向箱逆流。燃料的该部分适于升高存在于箱内的燃料的温度。

所述控制器进一步联接到与所述发动机相关联的发动机参数传感器和发动机控制模块中的至少一个。

所述燃料是液化天然气。

所述旁通阀是止回阀和压力调节阀中的任何一种。

进一步包括在所述止回阀的下游和所述热交换器的上游联接到所述输送管路的溢流阀。

进一步包括在所述止回阀的下游和所述热交换器的上游联接到所述输送管路的截止阀。

本实用新型的控制器基于所接收的信号控制控制阀，以选择性地使得气态燃料的部分的流动通过旁通管路和旁通阀从热交换器向箱逆流。燃料的该部分适于升高存在于箱内的燃料的温度，以控制箱内的压力，进而控制提供给发动机的汽化天然气的压力。因此，燃料输送系统省去了对额外的增压/压力泵的需要，因此降低了系统成本和简化了结构的复杂性。

通过以下的描述和附图，本实用新型的其它特征和方面将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本实用新型的一个实施例的示例性发动机的透视图；

图2是是根据本实用新型的一个实施例的用于图1的发动机的燃料输送系统的示意图；以及

图3是根据本实用新型的一个实施例的图2的燃料输送系统的工作方法的流程图。

具体实施方式

尽可能地，在所有附图中将使用相同的附图标记来指代相同或相似的部件。参考图1，示出了示例性的发动机10。发动机10是由一种或多种燃料提供动力的内燃机。在一个实施例中，发动机10可以是由液化天然气（LNG）提供动力的火花点火发动机。

在另一个实施例中，发动机10可以是由LNG和柴油的组合提供动力的压燃式双燃料发动机，例如是动态气体混合（DGB）发动机。发动机10可用于多种应用，包括但不限于发电、运输、建筑、农业、林业、航空、船舶、材料处理和废弃物管理。

发动机10包括发动机缸体12。发动机缸体12包括设置在其中的一个或多个汽缸（未示出）。气缸可以布置成任何构造，例如直列式、星形、“V”形，等等。发动机10还包括安装在发动机缸体12上的气缸盖14。气缸盖14容纳发动机10的一个或多个部件和/或系统（未示出），例如气阀机构、进气歧管、排气歧管、传感器等。此外，发动机10可以包括各种其它部件和/或系统（未示出），例如曲轴箱、润滑系统、空气系统、冷却系统、涡轮增压器、废气再循环系统、排气后处理系统、其他周边等。

参考图2，发动机10包括燃料输送系统16。燃料输送系统16包括箱18。箱18适于储存LNG燃料，下文中称作“燃料”。箱18可以是适用于低温应用的本领域已知的任何箱。因此，箱18可以包括其上面的绝缘材料，用于限制其中的燃料和大气之间的热传递。

燃料输送系统16包括输送管路20。输送管路20联接到箱18和发动机10。输送管路20适于提供燃料从箱18到发动机10的气缸的流动。燃料输送系统16还包括与箱18相关联地设置的温度传感器22。

在所示的实施例中，温度传感器22联接到与箱18相邻的输送管路20。在其他实施例中，温度传感器22可以联接到箱18。温度传感器22配置为产生指示存在于箱18内的燃料的温度的信号。温度传感器22可以是适用于低温应用的本领域已知的任何温度传感器。

燃料输送系统16包括也被称为蒸发器的热交换器24。热交换器24联接到输送管路20。更具体地，热交换器24设置在箱18的下游和发动机10的上游。热交换器24适于从箱18接收燃料并将燃料从液态转变为气态。更具体地，热交换器24适于从箱18接收LNG并将LNG转化为汽化天然气。

热交换器24可以是适用于低温应用的本领域已知的任何热交换器。在一个实施例中，热交换器24可以是适于在环境空气和燃料之间传递热量的环境空气至液体型热交换器。在另一个实施例中，热交换器24可以是适于在流体和燃料之间传递热量的液体至液体型热交换器。流体可以是被加热的发动机冷却剂、发动机油、液压油等。

燃料输送系统16包括联接到输送管路20的控制阀26。更确切地说，控制阀26设置在热交换器24的下游和发动机10的上游。控制阀26适于控制燃料/汽化天然气从热交换器24向发动机10的流动。控制阀26可以是适于控制气态流体的流动的本领域已知的任何阀。

附加地，燃料输送系统16包括联接到输送管路20的止回阀28。止回阀28设置在箱18的下游以及热交换器24的上游。止回阀28适于控制燃料/汽化天然气从热交换器24朝向箱18的逆向流动。止回阀28可以是适于低温应用的本领域已知的任何止回阀。

燃料输送系统16包括旁通管路30。旁通管路30联接到输送管路20并且与止回阀28并联。更确切地说，旁通管路30的第一端32在止回阀28的下游并且在热交换器24的上游联接到输送管路20。此外，旁通管路30的第二端34在箱18的下游并且在止回阀28的上游联接到输送管路20。

燃料输送系统16还包括联接到旁通管路30的旁通阀36。旁通阀36可以是适于控制气态流体的流动的本领域已知的任何阀。在一个实施例中，旁通阀36可以是适于控制流体通过其中的逆向流动的本领域已知的任何止回阀。在另一实施例中，旁通阀36可以是适于以预定压力数值操作的本领域已知的任何压力调节阀。下文将更详细地解释旁通管路30和旁通阀36。

燃料输送系统16进一步包括控制器38。控制器38联接到温度传感器22和控制阀26。控制器38配置成从温度传感器22接收指示存在于箱18内燃料的温度的信号。

控制器38还联接到与发动机10相关联的发动机参数传感器（未示出）。发动机参数传感器配置成产生指示发动机操作参数的信号。发动机操作参数可以是诸如燃料指令、节气门指令之类的任何发动机操作条件，并且可基于应用需求而改变。在其它实施例中，控制器38可从与发动机10相关联的发动机控制模块（ECM）（未示出）接收指示发动机操作参数的信号。

因此，控制器38配置成接收指示发动机操作参数的信号。基于指示发动机操作参数的所接收信号，控制器38配置成确定合适的时间段/持续时间，以选择性地使得气态燃料的至少一部分通过旁通管路30从热交换器24向箱18逆流。这样，会期望使得燃料的该部分在特定的发动机操作条件下旁通，以确保满足发动机10的需求。

控制器38还配置成至少部分地基于所接收的信号控制控制阀26，以选择性地使得气态燃料的至少一部分通过旁通管路30从热交换器24向箱18逆流。更确切地说，控制器38配置成控制控制阀26，以基于从温度传感器22接收的信号来选择性地使得汽化天然气的一部分的流动通过旁通管路30和旁通阀36从热交换器24向箱18逆流。燃料/汽化天然气的该部分适于升高存在于箱18内的燃料的温度。

在燃料输送系统16的操作期间，控制器38从温度传感器22接收指示存在于箱18内的燃料的温度的信号。基于所接收的信号，控制器38确定箱18内的压力。控制器38可基于相关性来确定箱18内的压力。相关性可存储在控制器38的存储器（未示出）或者联接到控制器38的数据库（未示出）中。

在一种情况下，相关性可以是数据集。数据集可以包括针对存在于箱18内的燃料的温度的不同值的箱18内的各种压力值。在另一种情况下，相关性可以是箱18内的燃料的温度与箱18内的压力之间的数学表达式。因此，控制器38可以查找数据集或参考数学表达式，以便基于存在于箱18内的燃料的温度来确定箱18内的压力。

在当存在于箱18内的燃料的温度可能下降到低于阈值温度时的情况中，控制器38控制控制阀26，以使得汽化天然气的该部分的流动向箱18逆流。阈值温度可使得在该阈值温度温度下在箱18内的压力可能大致等于或超过发动机10的增压压力。

更确切地说，控制器38基于还可能包括指示发动机操作参数的信号的应用需求来部分地或完全地关闭控制阀26，以将控制阀26下游的背压升高至止回阀28。该背压导致在热交换器24下游的压力尖峰，并且使得汽化天然气的部分或完整流动通过旁通管路30和旁通阀36向箱18逆流。

经旁通并且逆向流动的汽化天然气起泡并且与存在于箱18内的燃料/LNG混合。由于汽化天然气和存在于箱18内的燃料之间的热传递，存在于箱18内的燃料的温度逐渐地升高。于是，存在于箱18内的压力成比例地增大。在存在于箱18内的燃料的温度可能大致等于或高于阈值温度时，控制器38适于控制控制阀26，以终止汽化天然气向箱18的逆向流动。

更确切地说，控制器38基于还可能包括指示发动机操作参数的信号的应用需求来部分地或完全地打开控制阀26，以提供汽化天然气进一步向发动机10的流动。于是，在控制阀26/热交换器24下游的背压减小，进而减小或终止汽化天然气的部分或完整流动通过旁通管路30向箱18逆流。

燃料输送系统16还包括联接到输送管路20的溢流（EF）阀40。EF阀40设置在止回阀28的下游和热交换器24的上游。EF阀40适于控制燃料从箱18朝向热交换器24的流动速率。燃料输送系统16进一步包括联接到输送管路20的截流（SO）阀42。SO阀42设置在止回阀28的下游以及热交换器24的上游。更确切地说，SO阀42设置在EF阀40的下游以及热交换器24的上游。SO阀42适于手动地控制燃料从箱18朝向热交换器24的流动。

EF阀40和/或SO阀42可以是适于相应的低温应用的本领域已知的任何阀。应注意的是，这里描述的EF阀40和/或SO阀42的数量、配置和/或布置仅仅是示例性的。基于应用需求，燃料输送系统16可省略这里描述的部件和/或可包括附加的部件，而不会限制本实用新型的范围。

工业实用性

本实用新型涉及燃料输送系统16。参照图3，说明燃料输送系统16的工作的方法44。在步骤46处，控制器38从温度传感器22接收指示存在于箱18内燃料的温度的信号。在步骤48处，控制器38至少部分地基于所接收的信号控制控制阀26，以选择性地使得气态燃料的部分的流动通过旁通管路30和旁通阀36从热交换器24向箱18逆流。燃料的该部分适于升高存在于箱18内的燃料的温度。

燃料输送系统16提供了一种简单、有效和具有成本效率的方法，以控制箱18内的压力，进而控制提供给发动机10的汽化天然气的压力。燃料输送系统16省去了对额外的增压/压力泵的需要，因此降低了系统成本和复杂性。燃料输送系统16可以结合到对现有的燃料系统进行微小改动的其他发动机中。

虽然已经参考上述实施例特别示出和描述了本实用新型的各方面，但是本领域技术人员将会理解，可以通过修改所公开的机器、系统和方法来构想各种附加实施例，而不脱离本实用新型的精神和范围。应理解这样的实施例落入根据权利要求书及其任何等同物确定的本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于发动机的燃料输送系统，其特征在于，所述燃料输送系统包括：

适于储存燃料的箱；

与所述箱关联设置的温度传感器，所述温度传感器配置为产生指示存在于所述箱内的所述燃料的温度的信号；

联接到所述箱和所述发动机的输送管路；

在所述箱的下游联接到所述输送管路的热交换器，所述热交换器适于将所述燃料从液态转换为气态；

在所述热交换器下游联接到所述输送管路的控制阀，所述控制阀适于控制所述燃料从所述热交换器向所述发动机的流动；

在所述箱的下游和所述热交换器的上游联接到所述输送管路的止回阀；

联接到所述输送管路并且与所述止回阀并联的旁通管路；

联接到所述旁通管路的旁通阀；以及

联接到所述温度传感器和所述控制阀的控制器。

2.根据权利要求1所述的用于发动机的燃料输送系统，其特征在于，所述控制器进一步联接到与所述发动机相关联的发动机参数传感器和发动机控制模块中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的用于发动机的燃料输送系统，其特征在于，所述燃料是液化天然气。

4.根据权利要求1所述的用于发动机的燃料输送系统，其特征在于，所述旁通阀是止回阀和压力调节阀中的任何一种。

5.根据权利要求1所述的用于发动机的燃料输送系统，其特征在于，进一步包括在所述止回阀的下游和所述热交换器的上游联接到所述输送管路的溢流阀。

6.根据权利要求1所述的用于发动机的燃料输送系统，其特征在于，进一步包括在所述止回阀的下游和所述热交换器的上游联接到所述输送管路的截止阀。