專利名稱：船用柴油/天然氣混燃系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，具體的講是一種船用柴油/天然氣混燃系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當(dāng)今世界石油資源日益匾乏，環(huán)境污染日趨嚴(yán)峻，柴油機(jī)由于其良好的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性，被廣泛地用作各種機(jī)械的動(dòng)力。但是柴油機(jī)的碳煙和氮氧化合物排放卻比較嚴(yán)重，對城市環(huán)境及人類健康危害很大，若不采用有效的措施加以解決，柴油機(jī)的應(yīng)用將會(huì)受到日益嚴(yán)格的排放法規(guī)的限制。近年來，天然氣作為一種新型能源在國際和國內(nèi)都受到廣泛的關(guān)注，隨著天然氣資源的開發(fā)和內(nèi)燃機(jī)技術(shù)發(fā)展，燃用天然氣的發(fā)動(dòng)機(jī)通過良好的控制可以比同等的汽油機(jī)和柴油機(jī)具有更低的排放，有利于解決日益嚴(yán)重的大氣污染問題。當(dāng)柴油機(jī)摻燒天然氣時(shí)，由于天然氣在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)與空氣混合時(shí)同為氣態(tài)，混合更均勻，燃燒也更完全。因此，摻燒天然氣后發(fā)動(dòng)機(jī)與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)相比可明顯降低有害物質(zhì)的排放，特別是顆粒物排放。另外，它還可完全消除鉛、苯和芳香烴等嚴(yán)重危害物。同時(shí)天然氣是一種廉價(jià)的燃料，而且分布廣泛具有良好的資源配置，以天然氣作為代用燃料將減少國家對進(jìn)口石油的依賴程度，因此天然氣作為發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力能源是傳統(tǒng)燃料的理想替代品。天然氣作為內(nèi)燃機(jī)燃料始用于30年代，但是受到天然氣存儲(chǔ)技術(shù)的限制未能得到廣泛應(yīng)用。目前，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)主要采取汽油或柴油機(jī)改裝改進(jìn)而來，按其著火方式可分為兩種(I)采用點(diǎn)燃式此方式多用于汽油機(jī)或用于拆除噴油嘴后加裝火花塞的柴油機(jī)。此方式用于汽油機(jī)時(shí)較為簡單，而用于柴油機(jī)時(shí)需對其進(jìn)行改裝，一般的做法是將噴油嘴拆掉，在原位上加裝火花塞。這種方法改裝后發(fā)動(dòng)機(jī)只能燒天然氣。而不拆噴油嘴直接加裝火花塞雖能保持原機(jī)性能，但實(shí)施起來卻較為困難。(2)采取柴油引燃方式在摻燒天然氣的基礎(chǔ)上同時(shí)噴入一定量的柴油來引燃天然氣。此方式既可以在雙燃料模式下運(yùn)行，也可以在純柴油模式下工作，且對原機(jī)改動(dòng)不大。但現(xiàn)有的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)在超負(fù)荷條件下，特別是發(fā)動(dòng)機(jī)使用一段時(shí)間而產(chǎn)生機(jī)械磨損后，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速、實(shí)際油門位置等參數(shù)與相應(yīng)工況下的設(shè)定值會(huì)產(chǎn)生偏差，從而導(dǎo)致供油量發(fā)生較大變化，最終使柴油和天然氣兩種燃料之間的供給配比、燃料總耗控制精度下降，達(dá)不到穩(wěn)定發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力、提高燃油經(jīng)濟(jì)性和降低尾氣排放的目的，嚴(yán)重時(shí)降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，能優(yōu)化動(dòng)力系統(tǒng)，降低燃料費(fèi)用，能降低對環(huán)境和生態(tài)的影響，并且可精確控制柴油和天然氣之間配 比的船用柴油/天然氣混燃系統(tǒng)。其技術(shù)方案是船用柴油/天然氣混燃系統(tǒng)，包括與發(fā)動(dòng)機(jī)本體連接的進(jìn)氣系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)和用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)本體的電控系統(tǒng)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)本體上設(shè)有轉(zhuǎn)速傳感器；所述進(jìn)氣系統(tǒng)包括順序連通的空氣濾清器、渦輪增壓器和混合器，所述混合器與發(fā)動(dòng)機(jī)本體連通，所述渦輪增壓器和混合器之間設(shè)有壓力傳感器；所述供氣系統(tǒng)包括通過管道順序連接的儲(chǔ)氣瓶、減壓閥和天然氣噴射閥，所述天然氣噴射閥通過混合器與發(fā)動(dòng)機(jī)本體連通；所述供油系統(tǒng)包括與發(fā)動(dòng)機(jī)本體連通的噴油泵，所述噴油泵上安裝有油門執(zhí)行器；所述電控系統(tǒng)為電子控制單元，所述電子控制單元分別與電磁閥、天然氣噴射閥、控制閥、轉(zhuǎn)速傳感器、壓力傳感器和油門執(zhí)行器電連接，所述電子控制單元與油氣轉(zhuǎn)換開關(guān)電連接。所述天然氣噴射閥通過混合器與發(fā)動(dòng)機(jī)本體的各汽缸連通。所述發(fā)動(dòng)機(jī)本體上設(shè)有與電子控制單元電連接的溫度傳感器。采用了上述技術(shù)方案后，本實(shí)用新型取得的有益效果是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，不改變發(fā)動(dòng)機(jī)原有結(jié)構(gòu)，它既可燃燒天然氣/柴油兩種燃料，也可燃用純柴油，在沒有足夠氣體燃料來源時(shí)，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)易于恢復(fù)原機(jī)工作方式，改裝簡單、成本低。

圖I是本實(shí)用新型實(shí)施例的工作原理流程圖?！?br> 具體實(shí)施方式
如圖I所示，船用柴油/天然氣混燃系統(tǒng)，包括與發(fā)動(dòng)機(jī)本體連接的進(jìn)氣系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)和用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)本體的電控系統(tǒng)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)本體上設(shè)有轉(zhuǎn)速傳感器；所述進(jìn)氣系統(tǒng)包括順序連通的空氣濾清器、渦輪增壓器和混合器，所述混合器與發(fā)動(dòng)機(jī)本體連通，所述渦輪增壓器和混合器之間設(shè)有壓力傳感器；所述供氣系統(tǒng)包括通過管道順序連接的儲(chǔ)氣瓶、減壓閥和天然氣噴射閥，所述天然氣噴射閥通過混合器與發(fā)動(dòng)機(jī)本體連通；所述供油系統(tǒng)包括與發(fā)動(dòng)機(jī)本體連通的噴油泵，所述噴油泵上安裝有油門執(zhí)行器；所述電控系統(tǒng)為電子控制單元，所述電子控制單元分別與電磁閥、天然氣噴射閥、控制閥、轉(zhuǎn)速傳感器、壓力傳感器和油門執(zhí)行器電連接，所述電子控制單元與油氣轉(zhuǎn)換開關(guān)電連接。所述天然氣噴射閥通過混合器與發(fā)動(dòng)機(jī)本體的各汽缸連通。所述發(fā)動(dòng)機(jī)本體上設(shè)有與電子控制單元電連接的溫度傳感器。通過溫度傳感器可以監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，從而避免對發(fā)動(dòng)機(jī)的損壞。電控系統(tǒng)的工作原理當(dāng)ECU感受到發(fā)動(dòng)機(jī)載荷變化信號時(shí)，在改變天然氣噴射量的同時(shí)控制柴油機(jī)柴油的噴射量相應(yīng)變化以適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況的要求。傳感器用于感知油門、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和排氣溫度等信號。這些信號用于確定天然氣的噴射量和所期望的柴油的燃料極限。所采用的控制機(jī)理是由ECU控制的油門執(zhí)行器通過控制停油手柄，或由ECU控制油門執(zhí)行器直接控制油泵齒桿位置來控制油泵的供油量，使得柴油的噴射量根據(jù)轉(zhuǎn)速的不同而有所改變以滿足系統(tǒng)得控油要求。油門位置傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器將信號發(fā)送給電控系統(tǒng)，電控系統(tǒng)根據(jù)傳感器感受的發(fā)動(dòng)機(jī)工況，確定柴油噴射量和天然氣噴射量。天然氣的噴射量是由減壓裝置設(shè)定的輸出壓力和天然氣噴射閥的開關(guān)所決定的。由于天然氣是噴射進(jìn)入而不是負(fù)壓吸入到進(jìn)氣道內(nèi)的，在進(jìn)入空氣流時(shí)，天然氣擾動(dòng)了空氣，使相互之間具有良好的混合效果。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)類型、功率大小和應(yīng)用方式，選取3個(gè)或3個(gè)以上不同型號的噴射閥，以滿足不同發(fā)動(dòng)機(jī)的最大燃料消耗量。[0017]本實(shí)用新型的工作原理LNG氣化的氣體減壓后進(jìn)入混合器，與新鮮空氣混合。對于增壓發(fā)動(dòng)機(jī)還需將混合氣體增壓中冷。增壓后的混合氣體再經(jīng)進(jìn)氣歧管而進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)。當(dāng)活塞上行將混合氣壓縮接近上止點(diǎn)時(shí)，壓縮產(chǎn)生的高溫，使噴入的適量柴油引燃?xì)飧字械幕旌蠚猓⑴c其混燃，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)工作。通過油氣轉(zhuǎn)換開關(guān)還可以方便地在全柴油工作方式與雙燃料工作方式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。該系統(tǒng)通過對柴油機(jī)原有的燃油泵 的柴油輸出控制，所采用的方法是采用由ECU控制的帶位移反饋的油門執(zhí)行器閉環(huán)控制來調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的油泵。ECU依靠傳感器感知發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的變化，增加或減少燃油和天然氣的噴射量。天然氣通過天然氣噴射閥精確計(jì)量后噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道內(nèi)。當(dāng)油氣轉(zhuǎn)換開關(guān)置于雙燃料工作檔時(shí)，系統(tǒng)控制CPU根據(jù)轉(zhuǎn)速信號及油門位置信號確定發(fā)動(dòng)機(jī)工況，并根據(jù)原CPU標(biāo)定的油控和氣控映射(MAP)表，向油門執(zhí)行器和天然氣噴嘴分別發(fā)出電信號，對油泵齒條進(jìn)行控制和控制天然氣噴嘴打開和關(guān)閉時(shí)間，以精確控制燃油和天然氣供給量，噴入的天然氣通過混合器與空氣充分混合后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道內(nèi)。天然氣噴射量由控制器根據(jù)CPU的電信號并通過控制噴射閥的有效開度來決定，以獲得所需的轉(zhuǎn)速和功率。為了提高天然氣噴射量的控制精度，系統(tǒng)采用多個(gè)閥依次參與工作的方式，從而提高噴射閥的工作分辨率和燃?xì)獾目刂凭取Ｓ捎谠撓到y(tǒng)的柴油量控制是通過油門執(zhí)行器控制燃油泵來實(shí)現(xiàn)的，此為已知技術(shù)，在此不再贅述，當(dāng)返回到全柴油模式時(shí)，天然氣氣源切斷，油門執(zhí)行器恢復(fù)到初始狀態(tài)，所以在純柴油工作模式時(shí)，安裝該系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)工作模式與原機(jī)完全相同，不會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的供油，供油量與未安裝系統(tǒng)前完全一致。雙燃料狀態(tài)下只是用少量柴油作引燃燃料，而主要是使用天然氣燃料。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和燃料總耗保持了原柴油機(jī)的水平，而排放得到較大改善。一旦雙燃料系統(tǒng)出現(xiàn)故障或沒有了天然氣，則可恢復(fù)到柴油機(jī)狀態(tài)工作，減少了發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù)使用成本，延長了船舶續(xù)駛里程。本實(shí)用新型系統(tǒng)轉(zhuǎn)換靈活，通過油氣轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)柴油與油/氣雙燃料工作模式轉(zhuǎn)換，使發(fā)動(dòng)機(jī)既可使用純柴油模式工作，又可使用柴油和天然氣混合燃燒模式工作。通過CPU控制軟件實(shí)現(xiàn)對柴油油量和天然氣氣量的精確控制，以達(dá)到動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性的平衡。
權(quán)利要求1.船用柴油/天然氣混燃系統(tǒng)，包括與發(fā)動(dòng)機(jī)本體連接的進(jìn)氣系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)和用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)本體的電控系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)動(dòng)機(jī)本體上設(shè)有轉(zhuǎn)速傳感器；所述進(jìn)氣系統(tǒng)包括順序連通的空氣濾清器、渦輪增壓器和混合器，所述混合器與發(fā)動(dòng)機(jī)本體連通，所述渦輪增壓器和混合器之間設(shè)有壓力傳感器；所述供氣系統(tǒng)包括通過管道順序連接的儲(chǔ)氣瓶、減壓閥和天然氣噴射閥，所述天然氣噴射閥通過混合器與發(fā)動(dòng)機(jī)本體連通；所述供油系統(tǒng)包括與發(fā)動(dòng)機(jī)本體連通的噴油泵，所述噴油泵上安裝有油門執(zhí)行器；所述電控系統(tǒng)為電子控制單元，所述電子控制單元分別與電磁閥、天然氣噴射閥、控制閥、轉(zhuǎn)速傳感器、壓力傳感器和油門執(zhí)行器電連接，所述電子控制單元與油氣轉(zhuǎn)換開關(guān)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的船用柴油/天然氣混燃系統(tǒng)，其特征在于所述天然氣噴射閥通過混合器與發(fā)動(dòng)機(jī)本體的各汽缸連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的船用柴油/天然氣混燃系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)動(dòng)機(jī)本體上設(shè)有與電子控制單元電連接的溫度傳感器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種船用柴油/天然氣混燃系統(tǒng)，包括進(jìn)氣系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)和電控系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)本體上設(shè)有轉(zhuǎn)速傳感器；進(jìn)氣系統(tǒng)包括空氣濾清器、渦輪增壓器和混合器，混合器與發(fā)動(dòng)機(jī)本體連通，渦輪增壓器和混合器之間設(shè)有壓力傳感器；供氣系統(tǒng)包括儲(chǔ)氣瓶、減壓閥和天然氣噴射閥，天然氣噴射閥通過混合器與發(fā)動(dòng)機(jī)本體連通；供油系統(tǒng)包括噴油泵，噴油泵上安裝有油門執(zhí)行器；電控系統(tǒng)為電子控制單元，電子控制單元分別與電磁閥、天然氣噴射閥、控制閥、轉(zhuǎn)速傳感器、壓力傳感器、油門執(zhí)行器和油氣轉(zhuǎn)換開關(guān)電連接。本實(shí)用新型能優(yōu)化動(dòng)力系統(tǒng)，能降低對環(huán)境和生態(tài)的影響，可精確控制柴油和天然氣之間的配比。
文檔編號F02D19/08GK202417722SQ20122002863
公開日2012年9月5日 申請日期2012年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月29日
發(fā)明者羅潔東, 陸忠利 申請人:山東陸地科技有限責(zé)任公司