CN111878261A - 燃气再循环***、双燃料发动机和燃气再循环控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于发动机技术领域，本发明的第一方面提出了一种燃气再循环***，用于双燃料发动机，燃气再循环***包括气瓶、燃气压力控制模块、缓冲气瓶，燃气压力控制模块与气瓶和天然气发动机的气轨连通，缓冲气瓶与燃气压力控制模块连通和天然气发动机的进气管连通，ECU根据双燃料发动机的运行工况控制燃气压力模块，进而将燃气排放至缓冲气罐。本发明提出的燃气再循环***通过设计燃气再循环回路，将双燃料发动机的动态排气引入缓冲气瓶，缓冲气瓶与双燃料发动机的取气管连通，将动态排气所排出的燃气通过进气管随空气一起进入燃烧室燃烧，使得动态排气被有效地回收利用。

Description

燃气再循环***、双燃料发动机和燃气再循环控制方法
技术领域
本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种燃气再循环***。本发明还涉及一种双燃料发动机和一种燃气再循环控制方法。
背景技术
本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。
现有的双燃料发动机通过RTT***将WHTC动态排气回收到气瓶中，但其存在两个理论性的缺点，一是燃气回到气瓶中会对气瓶中的LNG加热，使得气瓶中的燃气温度升高，进而加剧气瓶中LNG汽化；二是汽化后，气瓶内燃气压力升高，当高于气瓶安全阀时，燃气还是排放到大气中。综上，燃气最终还是排放到了大气中，不能被发动机直接利用。
发明内容
本发明的目的是至少解决现有技术中双燃料发动机的WHTC排气不能被有效回收利用的问题，该目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的第一方面提出了一种燃气再循环***，用于双燃料发动机，所述燃气再循环***包括：
气瓶，所述气瓶用于储存压缩的天然气；
燃气压力控制模块，所述燃气压力控制模块设有第一进气口、第一出气口和第二出气口，所述第一进气口通过第一管路与所述气瓶连通，所述第一出气口用于连通所述双燃料发动机的气轨；
缓冲气瓶，所述缓冲气瓶设有第二进气口、和第三出气口，所述第二进气口通过第二管路与所述燃气压力控制模块的所述第二出气口连通，所述缓冲气瓶的第三出气口用于连通所述双燃料发动机的进气管；
ECU，所述ECU与所述燃气压力控制模块电连接，所述ECU根据所述双燃料发动机的动态排气控制所述燃气压力模块接通所述第二管路，进而将燃气排放至所述缓冲气罐。
本发明提出的燃气再循环***设计燃气再循环回路，将双燃料发动机的动态排气引入缓冲气瓶，缓冲气瓶与双燃料发动机的取气管连通，将动态排气所排出的燃气通过进气管随空气一起进入燃烧室燃烧。
当发动机正常工作时，燃气从气罐经过燃气柴油压力控制模块经过气轨通过燃气管进入燃气柴油喷气器，喷入发动机气缸内进行燃烧。
当发动机进入WHTC动态排气模式时，由于气轨需求压力下降，燃气压力控制模块需要排掉一部分燃气，这部分燃气通过管路接入缓冲气瓶，进而燃气通过进气管随空气一起进入燃烧室燃烧。
另外，根据本发明的燃气再循环***，还可具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述缓冲气瓶还设有第三进气口，所述第三进气口通过第三管路与所述气瓶连通，所述燃气再循环***还包括设于所述第三管路上的压力控制单向阀，当所述气瓶中气化天然气的压力超过所述压力控制单向阀的预设压力时，所述压力控制单向阀打开。
在本发明的一些实施例中，所述压力控制单向阀为弹簧压力控制单向阀。
在本发明的一些实施例中，所述燃气再循环***还包括设于所述第一管路上的缓冲罐，所述缓冲罐的第四进气口与所述气瓶连通，所述缓冲罐的第四出气口与所述燃气压力控制模块的所述第一进气口连通。
在本发明的一些实施例中，所述缓冲气瓶的所述第三出气口通过第四管路与所述双燃料发动机的所述进气管连通，所述第四管路上设有燃气流量控制阀，所述燃气流量控制阀与所述ECU电连接。
在本发明的一些实施例中，所述燃气再循环***还包括气轨压力传感器和缓冲气瓶温度压力传感器，所述气轨压力传感器用于监测所述双燃料发动机的气轨的气轨压力，所述缓冲气瓶温度压力传感器用于监测所述缓冲气瓶内的温度和压力，所述气轨压力传感器和所述缓冲气瓶温度压力传感器均与所述ECU电连接。
本发明的第二方面提出了一种双燃料发动机，所述双燃料发动机包括：
气轨；
双燃料发动机机体，所述双燃料发动机机体设有进气管；
燃气再循环***，所述燃气再循环***为根据本发明的第一方面提出的燃气再循环***，所述燃气再循环***的所述燃气压力控制模块与所述气轨连通，所述燃气再循环***的所述缓冲气瓶与所述进气管连通，所述燃气再循环***用于对所述双燃料发动机进行动态排气以及所述气瓶中气化的天然气进行循环再利用；
若干喷气器，所述若干喷气器用于向所述双燃料发动机的气缸内喷入燃油和来自所述气轨的燃气；
与所述进气管连通的若干喷射阀，所述若干喷射阀用于向气缸内喷入所述缓冲气瓶中的燃气。
本发明第二方面提出的双燃料发动机具有和本发明第一方面提出的用于燃气再循环***相同的有益效果，在此不再赘述。
在本发明的一些实施例中，所述双燃料发动机为高压直喷压燃式天然气发动机。
在本发明的一些实施例中，所述喷气器为柴油微引燃燃气柴油喷气器。
本发明第三方面提出了一种燃气再循环控制方法，所述燃气再循环控制方法根据本发明第二方面提出的双燃料发动机来实施，所述燃气再循环控制方法包括以下步骤：
接收所述缓冲气瓶的燃气压力信号、所述缓冲气瓶的燃气温度信号、所述气轨的气轨压力信号；
判断所述燃气压力信号是否满足第一条件，所述第一条件为所述燃气压力信号大于预设开始喷射压力；
根据所述燃气压力信号满足所述第一条件的结果，开启喷射阀，所述缓冲气瓶中的燃气被喷入气缸；
根据所述燃气压力信号以及所述燃气温度信号计算喷射阀燃气流量，进而得出所述喷气器的燃气流量修正量，所述燃气流量修正量为所述喷气器的喷气量减去由所述缓冲气瓶中的燃气补充的喷射阀燃气流量，再根据气缸数得出单只喷气器的燃气流量修正量；
根据所述气轨压力和所述单只喷气器的燃气流量修正量计算出所述喷气器的加电时间的减少量，通过所述喷气器的加电时间的减少从而减少所述喷气器的喷气量，使得所述双燃料发动机的功率达到目标功率；
判断所述燃气压力信号是否满足第二条件，所述第二条件为所述燃气压力信号小于预设终止喷射压力；
根据所述燃气压力信号满足所述第二条件的结果，关闭所述喷射阀。
本发明第三方面提出的燃气再循环控制方法具有和本发明第一方面提出的用于燃气再循环***相同的有益效果，在此不再赘述。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1示意性地示出了根据本发明实施方式的燃气再循环***的结构示意图；
图2示意性地示出了根据本发明实施方式的燃气再循环***的结构示意图；
图3示意性地示出了根据本发明实施方式的燃气再循环控制方法的流程示意图；
附图中各标记表示如下：
10：气瓶、11：燃气压力控制模块、111：第一进气口、112：第一出气口、113：第二出气口、12：气轨、13：缓冲气瓶、131：第二进气口、132：第三出气口、133：第三进气口、14：喷气器、15：发动机机体、16：进气管、17：缓冲罐、171：第四进气口、172：第四出气口、18：燃气流量控制阀、19：压力控制单向阀；
21：第一管路、22：第二管路、23：第三管路、24：第四管路；
30：ECU、31：缓冲气瓶温度压力传感器；
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
尽管可以在文中使用术语、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。
如图1和图2所示，图2中虚线表示电连接，本发明的第一方面提出了一种燃气再循环***，用于双燃料发动机，例如柴油天然气双燃料发动机，燃气再循环***包括：
气瓶10，气瓶10用于储存压缩的天然气；
燃气压力控制模块11，燃气压力控制模块11设有第一进气口111、第一出气口112和第二出气口113，第一进气口111通过第一管路21与气瓶10连通，第一出气口112用于连通双燃料发动机的气轨12；
缓冲气瓶13，缓冲气瓶13设有第二进气口131和第三出气口132，第二进气口131通过第二管路22与燃气压力控制模块11的第二出气口113连通，缓冲气瓶13的第三出气口132用于连通双燃料发动机的进气管16；
ECU30，ECU30与燃气压力控制模块11电连接，ECU30根据双燃料发动机的动态排气控制燃气压力模块接通第二管路22，进而将燃气排放至缓冲气罐。
HPDI(高压直喷压燃式双燃料发动机)发动机在由大负荷突然降低负荷时会产生WHTC(动态排气)排气，燃油压力通过回油降低、燃气压力需要保持与燃油的压力差，需要将高压管路中的燃气排掉，以便降低燃气共轨管中的燃气压力。
本发明提出的燃气再循环***设计燃气再循环回路，将双燃料发动机的动态排气引入缓冲气瓶13，缓冲气瓶13与双燃料发动机的取气管连通，将动态排气所排出的燃气通过进气管16随空气一起进入燃烧室燃烧。
当发动机正常工作时，燃气从气罐经过燃气柴油压力控制模块经过气轨12通过燃气管进入燃气柴油喷气器14，喷入发动机气缸内进行燃烧。
当发动机进入WHTC动态排气模式时，由于气轨12需求压力下降，燃气压力控制模块11需要排掉一部分燃气，这部分燃气通过管路接入缓冲气瓶13，进而燃气通过进气管16随空气一起进入燃烧室燃烧。
在本发明的一些实施例中，缓冲气瓶13还设有第三进气口133，第三进气口133通过第三管路23与气瓶10连通，燃气再循环***还包括设于第三管路23上的压力控制单向阀19，当气瓶10中气化天然气的压力超过压力控制单向阀19的预设压力时，压力控制单向阀19打开。
当气瓶10中汽化的天然气压力超过压力控制单向阀19压力时，燃气从气瓶10经过压力控制单向阀19进入缓冲气瓶13，最后进入进气管16随空气一起进入燃烧室燃烧。充分利用气瓶10中汽化的天然气，进一步提升经济性。
在本发明的一些实施例中，压力控制单向阀19为弹簧压力控制单向阀19。弹簧压力控制单向阀19结构可靠耐用。
在本发明的一些实施例中，燃气再循环***还包括设于第一管路21上的缓冲罐17，缓冲罐17的第四进气口171与气瓶10连通，缓冲罐17的第四出气口172与燃气压力控制模块11的第一进气口111连通。通过设置缓冲罐17对气瓶10中出来的天然气进行缓冲，有助于控制整个***的燃气压力。
在本发明的一些实施例中，缓冲气瓶13的第三出气口通过第四管路24与双燃料发动机的进气管16连通，第四管路24上设有燃气流量控制阀18，燃气流量控制阀18与ECU30电连接。通过设置燃气流量控制阀18控制通过的燃气流量。
在本发明的一些实施例中，燃气再循环***还包括气轨12压力传感器和缓冲气瓶温度压力传感器31，气轨12压力传感器用于监测双燃料发动机的气轨12的气轨12压力，缓冲气瓶温度压力传感器31用于监测缓冲气瓶13内的温度和压力，气轨12压力传感器和缓冲气瓶温度压力传感器31均与ECU30电连接。通过设置气轨12压力传感器和缓冲气瓶温度压力传感器31进行监控，使ECU30对发动机的运行工况进行更好地判断。
如图2所示，本发明的第二方面提出了一种双燃料发动机，双燃料发动机包括：
气轨12；
双燃料发动机机体15，双燃料发动机机体15设有进气管16；
燃气再循环***，燃气再循环***为根据本发明的第一方面提出的燃气再循环***，燃气再循环***的燃气柴油压力控制模块与气轨12连通，燃气再循环***的缓冲气瓶13与进气管16连通，燃气再循环***用于对双燃料发动机的动态排气以及气瓶10中气化的天然气进行循环再利用；
若干喷气器14，若干喷气器14用于向双燃料发动机的气缸内喷入燃油和来自气轨12的燃气，喷气器14通过油路与气轨连通，燃油通过外部油路引入喷气器14中与来自气轨12的燃气混合；
与进气管16连通的若干喷射阀，若干喷射阀用于向双燃料发动机机体15的气缸内喷入缓冲气瓶13中的燃气。
本发明第二方面提出的双燃料发动机具有和本发明第一方面提出的用于燃气再循环***相同的有益效果，在此不再赘述。
在本发明的一些实施例中，所述双燃料发动机为高压直喷压燃式天然气发动机。
在本发明的一些实施例中，所述喷气器14为柴油微引燃燃气柴油喷气器14。柴油微引燃燃气柴油喷气器14能够将柴油和燃气一起喷射，性能好，结构紧凑，不用布置两套喷气器14***。
如图3所示，本发明第三方面提出了一种燃气再循环控制方法，燃气再循环控制方法根据本发明第二方面提出的双燃料发动机来实施，燃气再循环控制方法包括以下步骤：
接收缓冲气瓶13的燃气压力信号，判断燃气压力信号是否满足第一条件，第一条件为燃气压力信号大于预设开始喷射压力，根据燃气压力信号满足第一条件的结果，开启喷射阀；
根据燃气压力信号以及燃气温度信号计算喷射阀燃气流量，进而得出喷气器的燃气流量修正量，燃气流量修正量为喷气器14的喷气量减去由缓冲气瓶13中的燃气补充的喷射阀燃气流量，再根据气缸数得出单只喷气器的燃气流量修正量；
接收气轨12的气轨压力信号，因一部分燃气由缓冲气瓶13提供，因此需要计算出喷气器14的加电时间的减少量，通过控制喷气器14的加电时间减少从而减少喷气器14的喷气量，使得双燃料发动机的功率达到目标功率；
判断燃气压力信号是否满足第二条件，第二条件为燃气压力信号小于预设终止喷射压力，根据燃气压力信号满足第二条件的结果，关闭喷射阀。
本发明第三方面提出的燃气再循环控制方法根据本发明第二方面提出的双燃料发动机来实施，ECU30接收到缓冲气瓶13的燃气压力信号后，与预设开始喷射压力值进行比较：当燃气压力值大于开始预设开始喷射压力值时，开启喷射阀喷射来自缓冲气瓶13中的燃气。此时双燃料发动机的部分耗气量的由缓冲气瓶13中的燃气所补充，来自气轨12的燃气量需要减少，使发动机的耗气量达到动态平衡。ECU30根据缓冲罐17燃气压力、缓冲罐17燃气温度计算喷射阀的燃气流量，进而得到单只喷气器14的燃气流量修正量，最后根据气轨12压力和燃气流量修正量，计算出喷气器14的加电时间调整减少量，通过减少加电时间而减少喷气器14的喷气量。使得双燃料发动机的功率达到目标功率。当燃气压力小于预设终止喷射压力时，喷射阀关闭。上述控制方法使得双燃料发动机的动态排气能够再循环利用而不是通过气瓶10排出而浪费掉。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种燃气再循环***，用于双燃料发动机，其特征在于，所述燃气再循环***包括：
气瓶，所述气瓶用于储存压缩的天然气；
燃气压力控制模块，所述燃气压力控制模块设有第一进气口、第一出气口和第二出气口，所述第一进气口通过第一管路与所述气瓶连通，所述第一出气口用于连通所述双燃料发动机的气轨；
缓冲气瓶，所述缓冲气瓶设有第二进气口和第三出气口，所述第二进气口通过第二管路与所述燃气压力控制模块的所述第二出气口连通，所述缓冲气瓶的第三出气口用于连通所述双燃料发动机的进气管；
ECU，所述ECU与所述燃气压力控制模块电连接，所述ECU根据所述双燃料发动机的动态排气控制所述燃气压力模块接通所述第二管路，进而将燃气排放至所述缓冲气罐。
2.根据权利要求1所述的燃气再循环***，其特征在于，所述缓冲气瓶还设有第三进气口，所述第三进气口通过第三管路与所述气瓶连通，所述燃气再循环***还包括设于所述第三管路上的压力控制单向阀，当所述气瓶中气化天然气的压力超过所述压力控制单向阀的预设压力时，所述压力控制单向阀打开。
3.根据权利要求2所述的燃气再循环***，其特征在于，所述压力控制单向阀为弹簧压力控制单向阀。
4.根据权利要求1所述的燃气再循环***，其特征在于，所述燃气再循环***还包括设于所述第一管路上的缓冲罐，所述缓冲罐的第四进气口与所述气瓶连通，所述缓冲罐的第四出气口与所述燃气压力控制模块的所述第一进气口连通。
5.根据权利要求1至4任一项所述的燃气再循环***，其特征在于，所述缓冲气瓶的所述第三出气口通过第四管路与所述双燃料发动机的所述进气管连通，所述第四管路上设有燃气流量控制阀，所述燃气流量控制阀与所述ECU电连接。
6.根据权利要求1至4任一项所述的燃气再循环***，其特征在于，所述燃气再循环***还包括气轨压力传感器和缓冲气瓶温度压力传感器，所述气轨压力传感器用于监测所述双燃料发动机的气轨的气轨压力，所述缓冲气瓶温度压力传感器用于监测所述缓冲气瓶内的温度和压力，所述气轨压力传感器和所述缓冲气瓶温度压力传感器均与所述ECU电连接。
7.一种双燃料发动机，其特征在于，所述双燃料发动机包括：
气轨；
双燃料发动机机体，所述双燃料发动机机体设有进气管；
燃气再循环***，所述燃气再循环***为根据权利要求1至6任一项所述的燃气再循环***，所述燃气再循环***的所述燃气压力控制模块与所述气轨连通，所述燃气再循环***的所述缓冲气瓶与所述进气管连通，所述燃气再循环***用于对所述双燃料发动机进行动态排气以及所述气瓶中气化的天然气进行循环再利用；
若干喷气器，所述若干喷气器用于向所述双燃料发动机的气缸内喷入燃油和来自所述气轨的燃气；
与所述进气管连通的若干喷射阀，所述若干喷射阀用于向气缸内喷入所述缓冲气瓶中的燃气。
8.根据权利要求7所述的燃气再循环***，其特征在于，所述双燃料发动机为高压直喷压燃式天然气发动机。
9.根据权利要求7所述的燃气再循环***，其特征在于，所述喷气器为柴油微引燃燃气柴油喷气器。
10.一种燃气再循环控制方法，所述燃气再循环控制方法根据权利要求7至9任一项所述的双燃料发动机来实施，所述燃气再循环控制方法包括以下步骤：
接收所述缓冲气瓶的燃气压力信号、所述缓冲气瓶的燃气温度信号、所述气轨的气轨压力信号；
判断所述燃气压力信号是否满足第一条件，所述第一条件为所述燃气压力信号大于预设开始喷射压力；
根据所述燃气压力信号满足所述第一条件的结果，开启喷射阀，所述缓冲气瓶中的燃气被喷入气缸；
根据所述燃气压力信号以及所述燃气温度信号计算喷射阀燃气流量，进而得出所述喷气器的燃气流量修正量，所述燃气流量修正量为所述喷气器的喷气量减去由所述缓冲气瓶中的燃气补充的喷射阀燃气流量，再根据气缸数得出单只喷气器的燃气流量修正量；
根据所述气轨压力和所述单只喷气器的燃气流量修正量计算出所述喷气器的加电时间的减少量，通过所述喷气器的加电时间的减少从而减少所述喷气器的喷气量，使得所述双燃料发动机的功率达到目标功率；
判断所述燃气压力信号是否满足第二条件，所述第二条件为所述燃气压力信号小于预设终止喷射压力；
根据所述燃气压力信号满足所述第二条件的结果，关闭所述喷射阀。
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