液化天然气发动机进气温度控制系统及控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种液化天然气发动机进气温度控制系统及控制方法，包括：ECU、温度、压力和流量传感器、可控热交换器以及一级温度电子调节装置：通过控制发动机冷却液的流量，调节液态天然气汽化装置中气态天然气的温度；二级温度电子调节装置：通过控制发动机冷却液的流量，对气态天然气的温度二次调整；本发明有益效果：使液化天然气发动机在整个工作范围内都具有合适的天然气进气温度，克服现有技术冷起动、低工况时进气温度过低导致的HC、CO排放过高和高工况时进气温度过高导致的动力性差、NOx排放过高的缺陷，降低污染物排放量，提高动力性和经济性。
【专利说明】液化天然气发动机进气温度控制系统及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及液化天然气发动机【技术领域】，尤其涉及一种液化天然气发动机进气温度控制系统及控制方法。
【背景技术】
[0002]随着我国经济的迅速发展和车辆保有量的迅速增长，我国在能源发展方面正面临着诸多严峻考验，天然气燃烧过程中没有碳烟排放，是一种清洁的代用燃料，越来越受到各国政府的重视。
[0003]液化天然气发动机和传统压缩天然气发动机相比具有排放更低、续航里程长、安全性好的诸多优点。因此，液化天然气发动机具有良好的市场前景。
[0004]传统液化天然气发动机的天然气供给方法是液化天然气经汽化器汽化呈气态并升温后，再经过调压器降压至设定值后经节气门、进气管进入发动机。因此在整个天然气供给过程中缺少精确的温度控制环节。在发动机冷起动或低工况时由于冷却液温度低，汽化不充分，汽化后的天然气温度低，导致发动机的HC和CO排放较高；发动机在大负荷运转时，由于冷却液温度较高，汽化后天然气的温度过高，导致发动机充量系数降低，动力性下降，NOx排放升高。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了 一种液化天然气发动机进气温度控制系统及控制方法，该系统克服了液化天然气发动机低工况时进气温度过低导致的HC、CO排放过高，高工况时进气温度过高导致的动力性差、NOx排放过高的缺陷，提高了系统的动力性和经济性。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]—种液化天然气发动机进气温度控制系统，包括:E⑶、温度、压力和流量传感器、可控热交换器，以及一级温度电子调节装置:通过控制发动机冷却液的流量，调节液态天然气汽化装置后气态天然气的温度；二级温度电子调节装置:通过控制发动机冷却液的流量，对气态天然气的温度二次调整。
[0008]所述温度、压力和流量传感器、一级温度电子调节装置和二级温度电子调节装置分别与ECU连接，所述可控热交换器设置在天然气稳压装置和天然气喷射器之间、与发动机冷却液进行热交换。
[0009]所述一级温度电子调节装置设置在液化天然气发动机和液态天然气汽化装置之间的冷却水管路上。
[0010]所述二级温度电子调节装置设置在液化天然气发动机和可控热交换器之间的冷却水管路上。
[0011 ] 所述一级温度电子调节装置和二级温度电子调节装置均为电子流量控制阀。
[0012]所述温度、压力和流量传感器分别测量经液态天然气汽化装置后气态天然气的温度、压力和流量参数，以及经可控热交换器以后气态天然气的温度、压力和流量参数。
[0013]一种液化天然气发动机进气温度控制系统的控制方法，ECU采集汽化后气态天然气的温度，并采集发动机功率、转速、环境温度参数，将采集到的参数数据与发动机标定数据比较，通过控制一级温度电子调节装置的开度，增加或减小流过液态天然气汽化装置冷却液的流量，控制汽化后气态天然气的温度。
[0014]E⑶采集经可控热交换器后气态天然气的温度，并采集发动机功率、转速、环境温度参数，根据标定MAP中的数据调整二级温度电子调节装置的开度，二次调整汽化后气态天然气的温度。
[0015]当发动机冷车起动时控制一、二级温度电子调节装置的开度均调整到最大；当发动机热启动或者高速大负荷运行时根据冷却液的温度控制一、二级温度电子调节装置的开度调整到合适档位。
[0016]所述一、二级温度电子调节装置的开度通过手动设置或者通过E⑶自动调整。
[0017]液体天然气经管路流入天然气汽化装置，天然气汽化装置吸收冷却液的热量将液态天然气汽化为气态天然气，而流过天然气汽化装置的冷却液流量由一级温度电子调节装置控制，其流量的控制根据温度、压力和流量传感器所测得冷却液的温度经ECU运算后确定。汽化后的气态天然气温度被控制在一定范围内，经稳压罐，高压切断阀，燃气过滤器，稳压器，流向可控热交换器，可控热交换器对天然气的温度二次调整，流过可控热交换器的冷却液流量由二级温度电子调节装置控制，其流量的控制根据温度、压力、流量传感器所测得冷却液的温度经E⑶运算后确定。
[0018]本发明的有益效果是:
[0019]根据本发明的技术方案，采用液化天然气发动机进气温度控制系统，控制液体天然气汽化后的温度，并通过一、二级温度电子调节装置精确调节进入电控喷射器的天然气温度，使液化天然气发动机在整个工作范围内都具有合适的天然气进气温度，克服现有技术冷起动、低工况时进气温度过低导致的HC、CO排放过高和高工况时进气温度过高导致的动力性差、NOx排放过高的缺陷，降低污染气体排放量，提高动力性和经济性。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为现有技术中的天然气发动机燃气供给系统流程图；
[0021]图2为本发明液化天然气发动机进气温度控制系统流程图；
[0022]图3为本发明液化天然气发动机进气温度控制系统工作示意图；
[0023]图4为本发明液化天然气发动机进气温度控制方法的逻辑流程图。
[0024]其中，201.LNG钢瓶，202.汽化器，203.稳压罐，204.高压切断阀，205.燃气过滤器，206.稳压器，207.可控热交换器，208.二级温度电子调节装置，209.温度、压力、流量传感器，210.电控喷射器，211.燃气/空气混合器，212.节气门，213.LNG发动机，214.E⑶，215.一级温度电子调节装置。
【具体实施方式】:
[0025]下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明:
[0026]如图1所示，传统液化天然气燃气供给系统中，LNG钢瓶201储存液体天然气，使LNG发动机213具有一定的续航里程。汽化器202将LNG钢瓶201的液态天然气汽化为气态天然气，从LNG发动机213到汽化器202冷却液管路与汽化器202到LNG发动机213冷却液管路组成冷却液回路。在发动机侧冷却液被加热经由冷却液管路传送给汽化器202以便为液态天然气汽化为气态天然气提供所需的热量。
[0027]冷却液经过汽化器202后进一步经过管路返回到发动机侧换热器以便被重新加热。稳压罐203具有一定的体积储存汽化后的气态天然气并保持管路内的压力稳定，高压切断阀204负责打开或关闭通向LNG发动机213的天然气。汽化后的天然气进一步经燃气过滤器205，稳压器106，机械热交换器，后进入电控喷射器210，E⑶214根据发动机的运转情况控制电控喷射器210的喷射量，经电控喷射器210喷射的天然气在燃气/空气混合器211中和空气混合后，经节气门212进入LNG发动机213中燃烧做功，为车辆提供动力，LNG发动机213燃烧的废气进入后处理系统中进行进一步处理，排入大气中。系统中的机械热交换器可以对气态天然气的温度进行粗略的调整。
[0028]根据该现有技术的液化天然气燃气供给系统，在整个天然气供给过程中缺少精确的温度控制环节。在发动机冷起动或低工况时由于冷却液温度低，汽化不充分，汽化后的天然气温度低，导致发动机的HC和CO排放较高；发动机在大负荷运转时，由于冷却液温度较高，汽化后天然气的温度过高，导致发动机充量系数降低，动力性下降，NOx排放升高。
[0029]如图2、图3所示，本发明的液化天然气发动机进气温度控制系统中，包括:E⑶214、温度、压力和流量传感器209、可控热交换器207以及一级温度电子调节装置215:通过控制LNG发动机213冷却液的流量，调节汽化器202中气态天然气的温度；二级温度电子调节装置208:通过控制LNG发动机213冷却液的流量，对气态天然气的温度二次调整。
[0030]温度、压力和流量传感器209、一级温度电子调节装置215和二级温度电子调节装置208分别与ECU214连接，所述可控热交换器207设置在天然气稳压装置和天然气电控喷射器210之间、与LNG发动机213冷却液进行热交换。
[0031]一级温度电子调节装置215设置在液化天然气发动机213和液态天然气汽化器202之间的冷却水管路上。二级温度电子调节装置208设置在液化天然气发动机213和可控热交换器207之间的冷却水管路上。一级温度电子调节装置215和二级温度电子调节装置208均为电子流量控制阀。温度、压力和流量传感器209分别测量经汽化器202后气态天然气的温度、压力和流量参数，以及经可控热交换器207以后气态天然气的温度、压力和流量参数。
[0032]LNG钢瓶201储存的液体天然气，经管路流入汽化器202，汽化器202吸收冷却液的热量将液态天然气汽化为气态天然气，而流过汽化器202的冷却液流量由一级温度电子调节装置215控制，其流量的控制根据温度、压力和流量传感器209所测得冷却液的温度经E⑶214运算后确定。汽化后的气态天然气温度被控制在一定范围内，经稳压罐203，高压切断阀204，燃气过滤器205，稳压器206，流向可控热交换器207，可控热交换器207对天然气的温度二次调整，流过可控热交换器207的冷却液流量由二级温度电子调节装置208控制，其流量的控制根据温度、压力、流量传感器209所测得冷却液的温度经ECU214运算后确定。
[0033]天然气温度调整到适当范围后，进入电控喷射器210，E⑶214根据发动机的运转情况控制电控喷射器210的喷射量，经电控喷射器210喷射的天然气在燃气/空气混合器211中和空气混合后，经节气门212进入LNG发动机213中燃烧做功，为车辆提供动力，LNG发动机213燃烧的废气进入后处理系统中进行进一步处理，排入大气中。
[0034]液态天然气汽化装置汽化器202，通过一级温度电子调节装置215与发动机冷却系统耦合，并控制冷却液流向汽化器202的流量，以控制汽化器202吸热的速率，从而达到，控制液化天然气汽化为气态天然气后温度的目的，一级温度电子调节装置215的开度由E⑶214根据汽化后天然气的温度计算决定。
[0035]二级温度控制系统在气态天然气自稳压器206流入可控热交换器207后，再次对天然气的温度进行调整，使进入电控喷射器210的天然气温度保持在理想范围内。可控热交换器207对气态天然气温度的调整是通过ECU214利用温度、压力、流量传感器209采集天然气的温度，进而控制二级温度电子调节装置208的开度确定的。
[0036]本发明还提供了一种用于操作该液化天然气发动机进气温度控制系统的方法，如图4所示。
[0037]步骤S301，如果发动机是冷起动，此时发动机冷却液的温度低，将控制一级电子流量控制阀和二级电子流量控制阀的档位调整到最大，为液化天然气的汽化和气体天然气温度的调整提供足够的热量。如果发动机是热起动，根据冷却液的温度将控制一级电子流量控制阀和二级电子流量控制阀的档位调整到合适档位。
[0038]步骤S302，液体天然气经汽化器202汽化后气态天然气温度的自动调整。
[0039]发动机起动后电控系统ECU214采集汽化后气态天然气的温度,并采集发动机功率、转速、环境温度，采集的数据与发动机标定数据进行比较，调整一级电子流量控制阀的开度，增加或减小流过汽化器202的冷却液流量,控制汽化后天然的温度。
[0040]步骤S303，电控喷射器210前气态天然气温度的二级自动调整。
[0041]温度、压力、流量传感器209采集电控喷射器前的天然气温度等参数，并和其它运行参数及环境参数一起传输给电控系统ECU214，电控系统根据标定MAP中的数据自动调整二级电子流量控制阀的流量，将天然气的温度调整到理想范围。
[0042]另外，可以为了提高控制精度根据不同的环境气候手动设置一级电子流量控制阀和二级电子流量控制阀的档位，也可以由电控系统E⑶214根据运行情况自动调整档位。
[0043]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【权利要求】
1.一种液化天然气发动机进气温度控制系统，其特征是，包括:E⑶、温度、压力和流量传感器、可控热交换器，以及 一级温度电子调节装置:通过控制发动机冷却液的流量，调节液态天然气汽化装置中气态天然气的温度； 二级温度电子调节装置:通过控制发动机冷却液的流量，对气态天然气的温度二次调整； 所述温度、压力和流量传感器、一级温度电子调节装置和二级温度电子调节装置分别与ECU连接，所述可控热交换器设置在天然气稳压装置和天然气喷射器之间、与发动机冷却液进行热交换。
2.如权利要求1所述的一种液化天然气发动机进气温度控制系统，其特征是，所述一级温度电子调节装置设置在液化天然气发动机和液态天然气汽化装置之间的冷却水管路上。
3.如权利要求1所述的一种液化天然气发动机进气温度控制系统，其特征是，所述二级温度电子调节装置设置在液化天然气发动机和可控热交换器之间的冷却水管路上。
4.如权利要求1所述的一种液化天然气发动机进气温度控制系统，其特征是，所述一级温度电子调节装置和二级温度电子调节装置均为电子流量控制阀。
5.如权利要求1所述的一种液化天然气发动机进气温度控制系统，其特征是，所述温度、压力和流量传感器分别测量经液态天然气汽化装置后气态天然气的温度、压力和流量参数，以及经可控热交换器以后气态天然气的温度、压力和流量参数。
6.一种如权利要求1所述的液化天然气发动机进气温度控制系统的控制方法，其特征是， ECU采集汽化后气态天然气的温度，并采集发动机功率、转速、环境温度参数，将采集到的参数数据与发动机标定数据比较，通过控制一级温度电子调节装置的开度，增加或减小流过液态天然气汽化装置冷却液的流量，控制汽化后气态天然气的温度； ECU采集经可控热交换器后气态天然气的温度，并采集发动机功率、转速、环境温度参数，根据标定MAP中的数据调整二级温度电子调节装置的开度，二次调整汽化后气态天然气的温度。
7.如权利要求6所述的一种液化天然气发动机进气温度控制系统的控制方法，其特征是，当发动机冷车起动时控制一、二级温度电子调节装置的开度均调整到最大；当发动机热启动或者高速大负荷运行时根据冷却液的温度控制一、二级温度电子调节装置的开度调整到合适档位。
8.如权利要求6所述的一种液化天然气发动机进气温度控制系统的控制方法，其特征是，所述一、二级温度电子调节装置的开度通过手动设置或者通过ECU自动调整。
【文档编号】F02M21/06GK103644049SQ201310721530
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年12月24日
【发明者】张强, 李娜, 李国祥, 李孟涵, 史振盛, 刘振, 王喻, 李恩博 申请人:山东大学