專利名稱：液化天然氣/柴油船舶雙燃料發(fā)動機電控系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及雙燃料發(fā)動機電控技術領域，尤其涉及一種液化天然氣/柴油船 舶雙燃料發(fā)動機電控系統(tǒng)。
背景技術：
隨著全球能源消耗迅速增長，大氣污染和溫室氣體排放給人類的生活環(huán)境造成了 嚴重影響。目前各國對發(fā)動機實現(xiàn)排放的無害化的要求日益強烈。國內(nèi)對機動車的燃料能 耗和污染物排放制定了完整的技術標準和法規(guī)體系，而內(nèi)陸江河運輸船舶卻缺乏這樣的監(jiān) 管體系，使得內(nèi)陸運輸船舶產(chǎn)生的大量的污染物和溫室氣體嚴重污染江河湖泊水域及沿線 城市環(huán)境。另外，我國江河大功率(300KW以上)運輸船舶發(fā)動機的供油系統(tǒng)是由機械機構來 實現(xiàn)的，即通過限制油泵油門位置來對每次缸內(nèi)的柴油噴油量進行控制，其控制的自由度 小、精度低，這嚴重影響了船舶發(fā)動機的節(jié)能減排效果。液化天然氣(LNG)是世界公認的清潔能源，越來越多地受到世界各國的青睞，其 在汽車、發(fā)電，城市燃氣等領域得到了廣泛應用，而在船舶上的應用并沒有引起人們的重 視。
實用新型內(nèi)容針對上述問題，本實用新型提供一種液化天然氣/柴油船舶雙燃料發(fā)動機電控系 統(tǒng)，以克服現(xiàn)有運輸船舶柴油發(fā)動機能耗高、污染嚴重、技術落后、性能差等缺點。為達到上述目的，本實用新型所述液化天然氣/柴油船舶雙燃料發(fā)動機電控系統(tǒng) 包括柴油供給系統(tǒng)、天然氣供給系統(tǒng)，電子控制單元、監(jiān)測系統(tǒng)和總控制閥；其中，所述柴油供給系統(tǒng)，接收所述電子控制單元輸出的控制指令，并依據(jù)控制指令輸 出相應量的柴油；所述天然氣供給系統(tǒng)，接收所述電子控制單元輸出的控制指令，并依據(jù)控制指令 輸出相應量的天然氣；所述電子控制單元，接收所述監(jiān)測系統(tǒng)輸出的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并依據(jù)該監(jiān)測數(shù)據(jù)輸出 控制指令給所述柴油供給系統(tǒng)、所述天然氣供給系統(tǒng)和所述總控制閥；所述監(jiān)測系統(tǒng)，設置在所述發(fā)動機中，實時監(jiān)測發(fā)動機的工作狀況并輸出監(jiān)測數(shù) 據(jù)；所述總控制閥，設置在所述天然氣供給系統(tǒng)和柴油供給系統(tǒng)的燃料輸出端，接收 所述電子控制單元輸出的控制指令，并依據(jù)控制指令開通或斷開所述柴油供給系統(tǒng)的柴油 供給油路和/或所述天然氣供給系統(tǒng)的天然氣供給氣路。進一步地，所述液化天然氣/柴油船舶雙燃料發(fā)動機電控系統(tǒng)還包括一安全監(jiān)測 系統(tǒng)，所述安全監(jiān)測系統(tǒng)由至少一個燃氣泄漏探測器和報警器構成；其中，所述燃氣泄漏探測器，設置在所述發(fā)動機中，如發(fā)動機機艙、液化天然氣儲罐以及
3燃氣裝置和閥門集群處，實時監(jiān)測所述發(fā)動機的天然氣泄漏情況；報警器，接收所述燃氣泄漏探測器輸出的監(jiān)測信號，并依據(jù)監(jiān)測信號輸出報警信 號給所述電子控制單元。其中，所述柴油供給系統(tǒng)包括柴油箱、控制柴油噴油量的柴油控制器和柴油高壓 泵；所述柴油控制器的控制信號輸入端與所述電子控制單元的柴油輸出量控制指令輸出端 相連，所述柴油箱的柴油輸出端經(jīng)所述柴油控制器與所述柴油高壓泵的低壓油端相連，所 述柴油高壓泵的高壓油端與所述發(fā)動機的氣缸連通。所述天然氣供給系統(tǒng)包括液化天然氣儲罐、液化天然氣控制閥、汽化器、過濾器、 天然氣電磁閥、減壓器、天然氣噴射閥、混合器、空濾器和渦輪增壓器；其中，所述液化天然氣儲罐、所述液化天然氣控制閥、所述汽化器、所述過濾器、所述天 然氣電磁閥、所述減壓器和所述天然氣噴射閥依次首尾相連；所述天然氣噴射閥的天然氣噴射端與所述混合器的燃氣輸入端相連通；所述空濾器的進氣端與大氣相連通，所述空濾器的氣體輸出端與所述渦輪增壓器 的低壓氣體輸入端相連，所述渦輪增壓器的高壓氣體輸出端與所述混合器的空氣輸入端相 連通；所述混合器的可燃混合氣輸出端與所述發(fā)動機的氣缸相連通； 所述液化天然氣控制閥、所述天然氣電磁閥和所述天然氣噴射閥的控制信號輸入 端分別與所述電子控制單元的控制信號輸出端相連接。所述監(jiān)測系統(tǒng)包括空氣溫度壓力傳感器、氧傳感器、水溫傳感器、轉(zhuǎn)數(shù)傳感器、機 油壓力傳感器、排氣溫度傳感器、油門位置傳感器、燃氣溫度傳感器和燃氣壓力傳感器。本實用新型對原有船舶柴油發(fā)動機的燃料控制系統(tǒng)和進氣控制系統(tǒng)進行了改進 設計，加裝了一套天然氣供給系統(tǒng)和電子控制單元，通過電子控制單元對天然氣供給系統(tǒng) 和柴油供給系統(tǒng)的控制來實現(xiàn)柴油和液化天然氣的雙燃料運行，或純柴油單一燃料運行。 當發(fā)動機以雙燃料運行時，柴油為引燃燃料，液化天然氣為主燃料，其中柴油的噴射量不大 于原柴油發(fā)動機機額定工況供油量的1/4。本實用新型的有益效果是本實用新型采用電子控制單元對引燃柴油量和液化天 然氣供給量進行適時、智能的電子控制，使兩種燃料在船舶不同運行工況下得到合適的匹 配，使雙燃料發(fā)動機具有良好的動力性能，經(jīng)濟性和較好的排放性。另外，當發(fā)動機采用雙 燃料運行時，柴油作為引燃燃料，液化天然氣為主燃料，天然氣的綜合替代率可達到70%以 上。改造后的雙燃料發(fā)動機不僅保持了原柴油發(fā)動機的動力性能，還降低了燃料成本(節(jié) 約燃料費20%以上)，減少了污染物和溫室氣體的排放(顆粒物碳煙、氮氧化物和一氧化碳 分別減少80^^40%和20% ；二氧化碳可減少16%以上)，并且發(fā)動機運轉(zhuǎn)更平穩(wěn)。本實用新型的實施將開啟中國內(nèi)陸江河湖泊水域發(fā)展低碳經(jīng)濟的先河，將為國家 節(jié)能減排政策作出重大貢獻。
圖1為本實用新型所述液化天然氣/柴油船舶雙燃料發(fā)動機電控系統(tǒng)的結構示意 圖；圖2為本實用新型所述液化天然氣/柴油船舶雙燃料發(fā)動機電控系統(tǒng)的柴油供給系統(tǒng)和天然氣供給系統(tǒng)的燃料供給流程圖。
具體實施方式
下面結合說明書附圖對本實用新型的具體實施方式
做詳細描述。如圖1所示，本實用新型所述液化天然氣/柴油船舶雙燃料發(fā)動機電控系統(tǒng)的結 構示意圖。圖中所示，本實用新型所述液化天然氣/柴油船舶雙燃料發(fā)動機電控系統(tǒng)包括 柴油供給系統(tǒng)1、天然氣供給系統(tǒng)2，電子控制單元3、監(jiān)測系統(tǒng)4和總控制閥5 ；其中，所述柴油供給系統(tǒng)1，接收所述電子控制單元3輸出的控制指令，并依據(jù)控制指令 輸出相應量的柴油；所述天然氣供給系統(tǒng)2，接收所述電子控制單元3輸出的控制指令，并依據(jù)控制指 令輸出相應量的天然氣；所述電子控制單元3，接收所述監(jiān)測系統(tǒng)4輸出的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并依據(jù)該監(jiān)測數(shù)據(jù)輸 出控制指令給所述柴油供給系統(tǒng)1、所述天然氣供給系統(tǒng)2和所述總控制閥5 ；所述監(jiān)測系統(tǒng)4，設置在所述發(fā)動機中，實時監(jiān)測發(fā)動機的工作狀況并輸出監(jiān)測數(shù) 據(jù)；所述總控制閥5，設置在所述柴油供給系統(tǒng)1和天然氣供給系統(tǒng)2的燃料輸出端， 如圖中所示可設置在所述柴油供給系統(tǒng)1的柴油箱的輸出端和所述天然氣供給系統(tǒng)2的液 化天然氣儲罐的輸出端，接收所述電子控制單元3輸出的控制指令，并依據(jù)控制指令開通 或斷開所述柴油供給系統(tǒng)1的柴油供給油路和/或所述天然氣供給系統(tǒng)2的天然氣供給氣路。作為本實用新型更進一步的改進，還包括一個安全監(jiān)測系統(tǒng)6，所述安全監(jiān)測系統(tǒng) 6，由至少一個燃氣泄漏探測器和報警器構成；其中，所述燃氣泄漏探測器，設置在發(fā)動機 中，如發(fā)動機機艙、液化天然氣儲罐及其他燃氣裝置和閥門集群處，實時監(jiān)測所述發(fā)動機的 燃氣泄漏情況；所述報警器，接收所述燃氣泄漏探測器輸出的燃氣監(jiān)測信號，并依據(jù)監(jiān)測信 號輸出報警信號給所述電子控制單元3 ；所述電子控制單元3接收到該報警信號后，輸出控 制指令給所述總控制閥5，所述總控制閥5依據(jù)該控制指令斷開所述天然氣供給系統(tǒng)的天 然氣供給氣路，待泄漏情況解除后，所述電子控制單元3輸出控制指令給所述總控制閥5開 通所述天然氣供給系統(tǒng)的天然氣供給氣路，使發(fā)動機處于雙燃料工作模式下。這樣，可保證 發(fā)動機安全正常的運行。其中，所述柴油供給系統(tǒng)1包括柴油箱、控制柴油噴油量的柴油控制器和柴油高 壓泵；所述柴油控制器的控制信號輸入端與所述電子控制單元的柴油輸出量控制指令輸出 端相連，所述柴油箱的柴油輸出端經(jīng)所述柴油控制器與所述柴油高壓泵的低壓油端相連， 所述柴油高壓泵的高壓油端與所述發(fā)動機的氣缸連通。所述天然氣供給系統(tǒng)2包括液化天然氣儲罐、液化天然氣控制閥、汽化器、過濾 器、天然氣電磁閥、減壓器、天然氣噴射閥、混合器、空濾器和渦輪增壓器；其中，所述液化天然氣儲罐、所述液化天然氣控制閥、所述汽化器、所述過濾器、所述天 然氣電磁閥、所述減壓器和所述天然氣噴射閥依次首尾相連；所述天然氣噴射閥的天然氣噴射端與所述混合器的燃氣輸入端相連通；所述空濾器的進氣端與大氣相連通，所述空濾器的氣體輸出端與所述渦輪增壓器的低壓氣體輸入端相連，所述渦輪增壓器的高壓氣體輸出端與所述混合器的空氣輸入端相 連通；所述混合器的可燃混合氣輸出端與所述發(fā)動機的氣缸相連通；所述液化天然氣控制閥、所述天然氣電磁閥和所述天然氣噴射閥的控制信號輸入 端分別與所述電子控制單元的控制信號輸出端相連接。電子控制單元(EOT) 3，如圖1所示E⑶的信號輸入端連接有監(jiān)測系統(tǒng)4和安全監(jiān) 測系統(tǒng)6 ；控制指令輸出端連接有所述柴油供給系統(tǒng)1的柴油控制器、所述天然氣供給系統(tǒng) 2的天然氣噴射閥、天然氣電磁閥和液化天然氣控制閥以及總控制閥5。電子控制單元3可 依據(jù)所述監(jiān)測系統(tǒng)4實時監(jiān)測發(fā)動機工作過程中的各項數(shù)據(jù)，通過給所述柴油供給系統(tǒng)1 的柴油控制器、所述天然氣供給系統(tǒng)2的液化天然氣控制閥、天然氣電磁閥和天然氣噴射 閥輸出控制指令來實現(xiàn)對柴油和天然氣的供給量進行精確控制；通過給所述總控制閥5輸 出控制指令來實現(xiàn)發(fā)動機純柴油模式或雙燃料工作模式的切換。圖1中“一”表示輸入所 述電子控制單元3的各通信信號以及所述電子控制單元3輸出的控制信號；“■=>”表示柴 油和天然氣的流動方向。所述的監(jiān)測系統(tǒng)4包括空氣溫度壓力傳感器、氧傳感器、水溫傳感器、轉(zhuǎn)數(shù)傳感 器、機油壓力傳感器、排氣溫度傳感器、油門位置傳感器、燃氣溫度傳感器和燃氣壓力傳感 器；其中，所述的空氣溫度壓力傳感器和氧傳感器用于實時監(jiān)控發(fā)動機氣缸內(nèi)進氣的壓力， 溫度和氧含量，以便于所述柴油供給系統(tǒng)1和天然氣供給系統(tǒng)2實時調(diào)整燃料的噴射量，使 發(fā)動機達到合理的空燃比，減少廢氣的排放；所述水溫傳感器，用于實時監(jiān)測發(fā)動機冷卻循環(huán)水的溫度；所述轉(zhuǎn)數(shù)傳感器，測量發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)數(shù)，當轉(zhuǎn)數(shù)傳感器監(jiān)測到發(fā)動機的曲軸轉(zhuǎn)數(shù) 達到預設轉(zhuǎn)數(shù)時，所述電子控制單元3依據(jù)轉(zhuǎn)數(shù)傳感器輸出的轉(zhuǎn)數(shù)信號自動將發(fā)動機轉(zhuǎn)換 為雙燃料運行模式；所述機油壓力傳感器，測量機油壓力；所述排氣溫度傳感器，用于實時監(jiān)測發(fā)動機的工作狀態(tài)，避免發(fā)動機過熱或燒 缸；所述油門位置傳感器，實時監(jiān)測柴油的噴射量，以精確控制柴油的噴射量；燃氣溫度傳感器和燃氣壓力傳感器，實時監(jiān)測天然氣的供給狀況，保證所述天然 氣的噴射量。如圖2所示，本實用新型所述液化天然氣/柴油船舶雙燃料發(fā)動機電控系統(tǒng)的柴 油供給系統(tǒng)和天然氣供給系統(tǒng)的燃料供給流程圖，其詳細流程描述如下當采用純柴油工作時，本實用新型所述的電子控制單元輸出控制指令給所述總控 制閥切斷天然氣的供給氣路。柴油從柴油箱經(jīng)柴油控制器及柴油高壓泵噴射入發(fā)動機氣缸 內(nèi)燃燒對外做功。當采用雙燃料工作時，所述發(fā)動機剛啟動時使用柴油模式；當發(fā)動機的曲軸轉(zhuǎn)數(shù) 達到一定轉(zhuǎn)數(shù)后，電子控制單元會輸出控制信號給所述總控制閥，將發(fā)動機的運行模式轉(zhuǎn) 換為雙燃料運行模式。此時，液化天然氣在液化天然氣儲罐內(nèi)的存儲狀態(tài)為零下162°C常態(tài) 液壓天然氣，該狀態(tài)下的液態(tài)天然氣從液化天然氣儲罐出來通過液化天然氣控制閥進入汽化器；進入汽化器的液態(tài)的天然氣與發(fā)動機循環(huán)水進行熱交換后氣化成氣態(tài)天然氣CNG， 壓力為0. 4Mpa 0. SMpa0氣態(tài)天然氣CNG經(jīng)過濾器進行過濾去雜后通過天然氣電磁閥進 入減壓器進行減壓，減壓后的氣態(tài)天然氣CNG壓力為0. IMpa;最后，由天然氣噴射閥噴入雙 燃料發(fā)動機的混合器中。外界空氣經(jīng)空濾器過濾后，通過渦輪增壓器增壓進入混合器與混 合器中的CNG混合成為可燃混合氣，進入發(fā)動機氣缸內(nèi)由柴油供給系統(tǒng)的柴油高壓泵噴入 的柴油引燃做功。電子控制單元ECU，根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)輸入的天然氣溫度和壓力信號，以及柴油供給系 統(tǒng)的油門位置信號、排氣溫度信號、機油壓力溫度信號、曲軸轉(zhuǎn)數(shù)信號、發(fā)動機內(nèi)循環(huán)水水 溫信號以及氣缸內(nèi)空氣壓力溫度信號、氧氣信號，經(jīng)過軟件計算和處理，向發(fā)動機的柴油控 制器、液化天然氣控制閥、天然氣電磁閥和天然氣噴射閥輸出控制指令，使引燃柴油的噴射 量和主燃料CNG的噴射量得到精確、靈活、實時的控制，以滿足船舶在不同的水域工況下對 雙燃料發(fā)動機運行的動力性、經(jīng)濟性和污染物排放的要求。在所述發(fā)動機的工作過程中，當燃氣泄漏探測器探測到有天然氣泄漏時，會對外 發(fā)出信號，報警器接收到信號后會發(fā)出報警信號，此時電子控制單元在接收到報警信號后 會輸出控制信號給總控制閥切斷天然氣供氣氣路停止天然氣燃料的供應，此時，發(fā)動機在 電子控制單元的控制下切換為純柴油運行狀態(tài)，保證船舶的正常運行。當泄漏情況解除后， 在所述電子控制單元的控制下所述總控制閥開通天然氣供氣氣路，發(fā)動機此時即可處于雙 燃料運行模式下運行。本實用新型通過使用柴油作為引燃燃料，天然氣作為主燃料大大降低了燃料成 本，減少了污染物和溫室氣體的排放，并且使發(fā)動機運轉(zhuǎn)更平穩(wěn)。另外，本實用新型所述的 電子控制單元對雙燃料船舶發(fā)動機的引燃柴油量和主燃料天然氣供給量進行實時智能控 制，使兩種燃料在船舶不同運行工況下得到合適的匹配，使雙燃料發(fā)動機具有良好的動力 性能，經(jīng)濟性和較好的排放性。以上，僅為本實用新型的較佳實施例，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任 何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替 換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應該以權利要求 所界定的保護范圍為準。
權利要求1.一種液化天然氣/柴油船舶雙燃料發(fā)動機電控系統(tǒng)，其特征在于，包括柴油供給系 統(tǒng)、天然氣供給系統(tǒng)，電子控制單元、監(jiān)測系統(tǒng)和總控制閥；其中，所述柴油供給系統(tǒng)，接收所述電子控制單元輸出的控制指令，并依據(jù)控制指令輸出相 應量的柴油；所述天然氣供給系統(tǒng)，接收所述電子控制單元輸出的控制指令，并依據(jù)控制指令輸出 相應量的天然氣；所述電子控制單元，接收所述監(jiān)測系統(tǒng)輸出的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并依據(jù)該監(jiān)測數(shù)據(jù)輸出控制 指令給所述柴油供給系統(tǒng)、所述天然氣供給系統(tǒng)和所述總控制閥；所述監(jiān)測系統(tǒng)，設置在所述發(fā)動機中，實時監(jiān)測發(fā)動機的工作狀況并輸出監(jiān)測數(shù)據(jù)；所述總控制閥，設置在所述天然氣供給系統(tǒng)和柴油供給系統(tǒng)的燃料輸出端，接收所述 電子控制單元輸出的控制指令，并依據(jù)控制指令開通或斷開所述柴油供給系統(tǒng)的柴油供給 油路和/或所述天然氣供給系統(tǒng)的天然氣供給氣路。
2.根據(jù)權利要求1所述液化天然氣/柴油船舶雙燃料發(fā)動機電控系統(tǒng)，其特征在于，所 述液化天然氣/柴油船舶雙燃料發(fā)動機電控系統(tǒng)還包括一安全監(jiān)測系統(tǒng)，所述安全監(jiān)測系 統(tǒng)由至少一個燃氣泄漏探測器和報警器構成；其中，所述燃氣泄漏探測器，設置在所述發(fā)動機中，實時監(jiān)測所述發(fā)動機的天然氣泄漏情況；報警器，接收所述燃氣泄漏探測器輸出的監(jiān)測信號，并依據(jù)監(jiān)測信號輸出報警信號給 所述電子控制單元。
3.根據(jù)權利要求1或2所述液化天然氣/柴油船舶雙燃料發(fā)動機電控系統(tǒng)，其特征在 于，所述柴油供給系統(tǒng)包括柴油箱、控制柴油噴油量的柴油控制器和柴油高壓泵；所述柴 油控制器的控制信號輸入端與所述電子控制單元的柴油輸出量控制指令輸出端相連，所述 柴油箱的柴油輸出端經(jīng)所述柴油控制器與所述柴油高壓泵的低壓油端相連，所述柴油高壓 泵的高壓油端與所述發(fā)動機的氣缸連通。
4.根據(jù)權利要求1或2所述液化天然氣/柴油船舶雙燃料發(fā)動機電控系統(tǒng)，其特征在 于，所述天然氣供給系統(tǒng)包括液化天然氣儲罐、液化天然氣控制閥、汽化器、過濾器、天然 氣電磁閥、減壓器、天然氣噴射閥、混合器、空濾器和渦輪增壓器；其中，所述液化天然氣儲罐、所述液化天然氣控制閥、所述汽化器、所述過濾器、所述天然氣 電磁閥、所述減壓器和所述天然氣噴射閥依次首尾相連；所述天然氣噴射閥的天然氣噴射端與所述混合器的燃氣輸入端相連通；所述空濾器的進氣端與大氣相連通，所述空濾器的氣體輸出端與所述渦輪增壓器的 低壓氣體輸入端相連，所述渦輪增壓器的高壓氣體輸出端與所述混合器的空氣輸入端相連 通；所述混合器的可燃混合氣輸出端與所述發(fā)動機的氣缸相連通；所述液化天然氣控制閥、所述天然氣電磁閥和所述天然氣噴射閥的控制信號輸入端分 別與所述電子控制單元的控制信號輸出端相連接。
5.根據(jù)權利要求1或2所述液化天然氣/柴油船舶雙燃料發(fā)動機電控系統(tǒng)，其特征在 于，所述監(jiān)測系統(tǒng)包括空氣溫度壓力傳感器、氧傳感器、水溫傳感器、轉(zhuǎn)數(shù)傳感器、機油壓 力傳感器、排氣溫度傳感器、油門位置傳感器、燃氣溫度傳感器和燃氣壓力傳感器。
專利摘要本實用新型公開一種液化天然氣/柴油船舶雙燃料發(fā)動機電控系統(tǒng)，主要是為了克服現(xiàn)有運輸船舶柴油發(fā)動機能耗高、污染嚴重、技術落后、性能差等缺點而設計。本實用新型包括柴油供給系統(tǒng)，接收電子控制單元輸出的控制指令并依該指令輸出相應量的柴油；天然氣供給系統(tǒng)，接收電子控制單元輸出的控制指令并依該指令輸出相應量的天然氣；電子控制單元，接收監(jiān)測系統(tǒng)和安全監(jiān)測系統(tǒng)輸出的信號并依該信號輸出控制指令給柴油供給系統(tǒng)、天然氣供給系統(tǒng)和總控制閥；監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測發(fā)動機的工作狀況；總控制閥，依據(jù)電子控制單元輸出的控制指令開通或斷開柴油供給油路和/或天然氣供給氣路；以及安全監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測發(fā)動機中是否有燃氣泄漏。
文檔編號F02D41/22GK201865777SQ20102063012
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月29日 優(yōu)先權日2010年11月29日
發(fā)明者卞學莊, 王少巖 申請人:北京中興恒和能源科技有限公司