Lng/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)天然氣電控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種LNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)天然氣電控系統(tǒng)，包括燃?xì)夤┙o系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)、混合器和控制系統(tǒng)，燃?xì)夤┙o系統(tǒng)包括電磁閥和噴射閥，空氣供給系統(tǒng)包括增壓器；控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)速傳感器、油門(mén)齒條位置傳感器、冷卻水溫傳感器、排氣溫度傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器、燃?xì)鈮毫鞲衅鳌⒛Ｊ竭x擇開(kāi)關(guān)、ECU、指示燈；轉(zhuǎn)速傳感器、油門(mén)齒條位置傳感器、冷卻水溫傳感器、排氣溫度傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器、燃?xì)鈮毫鞲衅?、指示燈、電磁閥、噴射閥、模式選擇開(kāi)關(guān)分別連接到ECU。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，改造方便，實(shí)現(xiàn)了雙燃料模式和純柴油模式之間平穩(wěn)切換。
【專利說(shuō)明】
LNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)天然氣電控系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型涉及一種LNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是指一種LNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)天然氣電控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油資源的日益缺乏以及各國(guó)環(huán)保法規(guī)越來(lái)越嚴(yán)格，天然氣以其價(jià)格低廉、資源豐富、清潔高效的特點(diǎn)在代用燃料方面將擁有廣闊的市場(chǎng)前景。在世界發(fā)達(dá)國(guó)家中，天然氣在能源結(jié)構(gòu)中的比例已經(jīng)高達(dá)24%左右?，F(xiàn)在天然氣在世界范圍內(nèi)正經(jīng)歷著一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)期。根據(jù)相關(guān)預(yù)測(cè)，在未來(lái)的幾十年內(nèi)，天然氣在全球范圍內(nèi)的能源結(jié)構(gòu)中所占比重將不斷加大，天然氣的廣泛應(yīng)用將成為趨勢(shì)。
[0003]近年來(lái)，通過(guò)采用提高壓縮比、多點(diǎn)噴射、渦輪增壓等發(fā)動(dòng)機(jī)新技術(shù)，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)在動(dòng)力性能方面與傳統(tǒng)汽柴油發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)相差無(wú)幾。而且由于使用天然氣燃料能直接有效地降低航運(yùn)費(fèi)用、減小污染，因此天然氣/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)作為天然氣在船舶上的重要應(yīng)用越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外柴油機(jī)生產(chǎn)廠商的重視，隨著天然氣產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)配套設(shè)施的完善，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)將得到更廣泛的應(yīng)用。采用新能源作為船舶動(dòng)力的主要來(lái)源，積極開(kāi)發(fā)新能源動(dòng)力裝置和新能源動(dòng)力船舶是應(yīng)對(duì)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)的中長(zhǎng)期解決方案。
[0004]為了克服引燃柴油量不能靈活控制的缺陷，授權(quán)公告號(hào)為CN204003120 U，名稱為“雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)”的實(shí)用新型專利公布了一種雙燃料電控系統(tǒng);該系統(tǒng)電控單元與高壓截止閥和步進(jìn)電機(jī)閥以及油量限制機(jī)構(gòu)相連，天然氣量和引燃柴油量都可以靈活控制，排放指標(biāo)好，啟動(dòng)、怠速時(shí)以純柴油工作，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)某一設(shè)定值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)發(fā)出指令，使其自動(dòng)轉(zhuǎn)換為雙燃料工作方式。但是，首先，該系統(tǒng)油量控制和燃?xì)饪刂萍性谝粋€(gè)控制單元中，不但控制復(fù)雜，其自身穩(wěn)定性需要進(jìn)一步驗(yàn)證;其次，其運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換只考慮到了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，并未考慮發(fā)動(dòng)機(jī)其他工況，如排氣溫度等，以及燃?xì)鈮毫κ欠穹蠂娚湟?，并且未考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)異常時(shí)報(bào)警退出功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種LNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)天然氣電控系統(tǒng)，能夠保證發(fā)動(dòng)機(jī)在雙燃料模式和純柴油模式之間平穩(wěn)切換。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的LNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)天然氣電控系統(tǒng)包括燃?xì)夤┙o系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)、混合器和控制系統(tǒng)，所述燃?xì)夤┙o系統(tǒng)包括電磁閥和噴射閥，所述空氣供給系統(tǒng)包括增壓器;所述控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)速傳感器、油門(mén)齒條位置傳感器、冷卻水溫傳感器、排氣溫度傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器、燃?xì)鈮毫鞲衅?、模式選擇開(kāi)關(guān)、ECU、指示燈(包括允許噴氣指示燈和報(bào)警指示燈等)；所述轉(zhuǎn)速傳感器、油門(mén)齒條位置傳感器、冷卻水溫傳感器、排氣溫度傳感器設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)本體上;所述進(jìn)氣壓力傳感器設(shè)置在增壓器上，所述燃?xì)鈮毫鞲衅髟O(shè)置在噴射閥前的天然氣管路上;所述轉(zhuǎn)速傳感器、油門(mén)齒條位置傳感器、冷卻水溫傳感器、排氣溫度傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器、燃?xì)鈮毫鞲衅鞯臏y(cè)量信號(hào)輸出端與ECU的測(cè)量信號(hào)輸入端相連;所述ECU的控制信號(hào)輸出端與指示燈、電磁閥、噴射閥的控制信號(hào)輸入端相連;所述模式選擇開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)輸出端與ECU的控制信號(hào)輸入端相連。該系統(tǒng)只在允許噴氣指示燈亮的情況下才能手動(dòng)切換運(yùn)行模式進(jìn)入雙燃料模式，且具有自檢功能。在系統(tǒng)初始化時(shí)對(duì)部分傳感器和天然氣噴射閥進(jìn)行自檢，若檢測(cè)到故障時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并禁用雙燃料模式。
[0007]優(yōu)選地，所述ECU包括PLC和單片機(jī)，所述PLC和單片機(jī)通過(guò)電平轉(zhuǎn)換器相連。前述各傳感器、指示燈、電磁閥、噴射閥和模式選擇開(kāi)關(guān)連接到PLC上。由于PLC—般為RS485接口，單片機(jī)一般為T(mén)TL接口，因此PLC與單片機(jī)之間需要通過(guò)TTL電平轉(zhuǎn)485轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)接。PLC負(fù)責(zé)接收傳感器數(shù)據(jù)并控制執(zhí)行器;單片機(jī)負(fù)責(zé)運(yùn)行控制策略。進(jìn)一步地，所述單片機(jī)為Arduino ,Arduino是32位單片機(jī)，具有運(yùn)行速度快，響應(yīng)時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)一步地，所述電平轉(zhuǎn)換器采用NS485-1V，NS485-1V是TTL電平與RS-485信號(hào)互轉(zhuǎn)的接口轉(zhuǎn)換器，具有體積小、傳輸距離遠(yuǎn)、速率高、性能穩(wěn)定等特性。
[0008]可選地，所述燃?xì)夤┙o系統(tǒng)還包括LNG儲(chǔ)罐、氣體總閥、汽化器、濾清器、減壓閥、緩沖罐，所述LNG儲(chǔ)罐、氣體總閥、汽化器、濾清器、減壓閥、緩沖罐、電磁閥、噴射閥和混合器依次相連;所述空氣供給系統(tǒng)還包括空濾器，所述空濾器、增壓器、混合器依次相連。燃?xì)夤┙o系統(tǒng)中天然氣依次經(jīng)過(guò)LNG儲(chǔ)罐、氣體總閥、汽化器、濾清器、減壓閥、緩沖罐、電磁閥、噴射閥，最后在混合器中與空氣混合噴入柴油機(jī)氣缸中。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果是:I)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，改造方便，實(shí)現(xiàn)了天然氣替代柴油燃燒，柴油機(jī)工作在70%?75%負(fù)荷、雙燃料模式下替代率不低于70% ; 2)ECU處理能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定，系統(tǒng)具有故障自檢功能，在發(fā)動(dòng)機(jī)不具備使用雙燃料條件或發(fā)生系統(tǒng)故障時(shí)能自動(dòng)從雙燃料模式切換回純柴油模式，同時(shí)關(guān)閉天然氣噴射閥；3)通過(guò)精確控制天然氣占空比，保證了發(fā)動(dòng)機(jī)在雙燃料模式和純柴油模式之間平穩(wěn)切換，在模式切換時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速未發(fā)生較大波動(dòng)，在正常情況下未出現(xiàn)天然氣量供給的較大波動(dòng)。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的LNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)天然氣電控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2為圖1中E⑶的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]其中:LNG儲(chǔ)罐1、氣體總閥2、汽化器3、濾清器4、減壓閥5、緩沖罐6、電磁閥7、噴射閥8、混合器9、燃?xì)鈮毫鞲衅?0、發(fā)動(dòng)機(jī)本體11、轉(zhuǎn)速傳感器12、油門(mén)齒條位置傳感器13、冷卻水溫傳感器14、排氣溫度傳感器15、E⑶16、進(jìn)氣壓力傳感器17、模式選擇開(kāi)關(guān)18、增壓器 19、空濾器20、指示燈21、PLC 22、Arduino 23
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0014]如圖1?2所示，本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的LNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)天然氣電控系統(tǒng)，包括燃?xì)夤┙o系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)、混合器9和控制系統(tǒng)。
[0015]燃?xì)夤┙o系統(tǒng)包括依次相連的LNG儲(chǔ)罐1、氣體總閥2、汽化器3、濾清器4、減壓閥5、緩沖罐6、電磁閥7和噴射閥8，噴射閥8連接至混合器9。
[0016]空氣供給系統(tǒng)包括增壓器19和空濾器20，空濾器20、增壓器19、混合器9依次相連。
[0017]控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)速傳感器12、油門(mén)齒條位置傳感器13、冷卻水溫傳感器14、排氣溫度傳感器15、進(jìn)氣壓力傳感器17、燃?xì)鈮毫鞲衅?0、模式選擇開(kāi)關(guān)18、E⑶16和指示燈21。指示燈21包括允許噴氣指示燈和報(bào)警指示燈。其中，模式選擇開(kāi)關(guān)18、指示燈21安裝在控制柜面板上。轉(zhuǎn)速傳感器12、油門(mén)齒條位置傳感器13、冷卻水溫傳感器14、排氣溫度傳感器15安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)本體11上。進(jìn)氣壓力傳感器17設(shè)置在增壓器19上，燃?xì)鈮毫鞲衅?0設(shè)置在噴射閥8前的天然氣管路上。
[0018]ECU 16包括PLC 22和Arduino 23，二者之間采用NS485-1V實(shí)現(xiàn)TTL電平與RS-485信號(hào)互轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)速傳感器12、油門(mén)齒條位置傳感器13、冷卻水溫傳感器14、排氣溫度傳感器15、進(jìn)氣壓力傳感器17、燃?xì)鈮毫鞲衅?0的測(cè)量信號(hào)輸出端與PLC 22的測(cè)量信號(hào)輸入端相連。PLC 22的控制信號(hào)輸出端與指示燈21、電磁閥7、噴射閥8的控制信號(hào)輸入端相連。模式選擇開(kāi)關(guān)18的控制信號(hào)輸出端與PLC 22的控制信號(hào)輸入端相連。
[0019]上述LNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)天然氣電控系統(tǒng)工作時(shí)，當(dāng)允許噴氣指示燈亮?xí)r，且模式選擇開(kāi)關(guān)18打到雙燃料模式時(shí)，ECU接到到模式切換信號(hào)，根據(jù)當(dāng)前柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)出執(zhí)行指令，噴射閥8開(kāi)啟，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行模式的切換。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在雙燃料模式下運(yùn)行狀態(tài)異常，或者運(yùn)行狀態(tài)不滿足雙燃料模式要求的情況，ECU發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并發(fā)出執(zhí)行指令，報(bào)警指示燈亮，噴射閥8關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)從雙燃料模式切換到純柴油模式。在雙燃料模式下，當(dāng)人為想切換運(yùn)行模式時(shí)，將模式選擇開(kāi)關(guān)18打到純柴油模式，ECU收到控制指令后對(duì)噴射閥8發(fā)出控制指令，噴射閥8關(guān)閉，完成模式切換。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種LNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)天然氣電控系統(tǒng)，包括燃?xì)夤┙o系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)、混合器(9)和控制系統(tǒng)，其特征在于: 所述燃?xì)夤┙o系統(tǒng)包括電磁閥(7)和噴射閥(8)，所述空氣供給系統(tǒng)包括增壓器(19); 所述控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)速傳感器(12)、油門(mén)齒條位置傳感器(13)、冷卻水溫傳感器(14)、排氣溫度傳感器(15)、進(jìn)氣壓力傳感器(17)、燃?xì)鈮毫鞲衅?10)、模式選擇開(kāi)關(guān)(18) NECU(16)、指示燈(21); 所述轉(zhuǎn)速傳感器(12)、油門(mén)齒條位置傳感器(13)、冷卻水溫傳感器(14)、排氣溫度傳感器(15)設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)本體(11)上； 所述進(jìn)氣壓力傳感器(17)設(shè)置在增壓器(19)上，所述燃?xì)鈮毫鞲衅?10)設(shè)置在噴射閥(8)前的天然氣管路上； 所述轉(zhuǎn)速傳感器(12)、油門(mén)齒條位置傳感器(13)、冷卻水溫傳感器(14)、排氣溫度傳感器(15)、進(jìn)氣壓力傳感器(17)、燃?xì)鈮毫鞲衅?10)的測(cè)量信號(hào)輸出端與ECU( 16)的測(cè)量信號(hào)輸入端相連;所述ECU(16)的控制信號(hào)輸出端與指示燈(21)、電磁閥(7)、噴射閥(8)的控制信號(hào)輸入端相連;所述模式選擇開(kāi)關(guān)(18)的控制信號(hào)輸出端與ECU(16)的控制信號(hào)輸入端相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)天然氣電控系統(tǒng)，其特征在于:所述E⑶包括PLC( 22)和單片機(jī)，所述PLC( 22)和單片機(jī)通過(guò)電平轉(zhuǎn)換器相連。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的LNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)天然氣電控系統(tǒng)，其特征在于:所述單片機(jī)為Arduino(23)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的LNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)天然氣電控系統(tǒng)，其特征在于:所述電平轉(zhuǎn)換器采用NS485-1V。5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項(xiàng)所述的LNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)天然氣電控系統(tǒng)，其特征在于:所述燃?xì)夤┙o系統(tǒng)還包括LNG儲(chǔ)罐(1)、氣體總閥(2)、汽化器(3)、濾清器(4)、減壓閥(5)、緩沖罐(6)，所述LNG儲(chǔ)罐(1)、氣體總閥(2)、汽化器(3)、濾清器(4)、減壓閥(5)、緩沖罐(6)、電磁閥(7)、噴射閥(8)和混合器(9)依次相連;所述空氣供給系統(tǒng)還包括空濾器(20)，所述空濾器(20)、增壓器(19)、混合器(9)依次相連。
【文檔編號(hào)】F02D41/00GK205445809SQ201620243589
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月28日
【發(fā)明人】李煜輝, 肖華星
【申請(qǐng)人】武漢理工大學(xué)