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用于气体 燃料 发动机的冷却系统

阅读：697发布：2020-10-30

专利汇可以提供用于气体燃料发动机的冷却系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一套用于改进双燃料发动机的器具有：液冷中间冷却器，用于将空气输入至发动机中；与中间冷却器连接的换热器，在该换热器中，当燃料从液态变成气态时，冷的液化天然气燃料从中间冷却器吸收热量；以及连接管，用于使得换热器与燃料箱连接以便接收液体燃料和用于使得换热器与发动机歧管连接。通过将补充电子控制单元附加于OEM电子控制单元来改进两种燃料的使用，该补充电子控制单元检测与OEM单元相同的发动机参数，但是附加测量节气门开度、气体压力和气体温度，以便改变柴油与气体比率，因此，当发动机怠速时，喷射器允许气体进入，以使得燃料混合物中更富含气体，而不是柴油。还介绍了用于改进OEMECU操作的一套多部件器具。，下面是用于气体燃料发动机的冷却系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一套用于改进使用气体燃料和中间冷却器的发动机的器具，包括：液冷中间冷却器，用于将空气输入至发动机中；与中间冷却器连接的换热器，在该换热器中，当燃料从液态变成气态时，冷的液化天然气燃料从中间冷却器吸收热量；以及连接管，用于使得换热器与燃料箱连接以便接收液体燃料和用于使得换热器与发动机歧管连接。
2.一种冷却系统用于补充涡轮增压发动机的空气对空气中间冷却器，它包括：用于涡轮增压空气的冷却器；用于该冷却器的冷却回路；在冷却回路中的换热器；通向换热器的液体燃料进口；从换热器至发动机的气体燃料出口，因此，液体燃料到气体的相变的冷却能力可用于冷却涡轮增压的空气。
3.一种能够接受柴油和烃气体燃料的双燃料多缸内燃机，具有：OEM 电子控制单元，用于控制柴油喷射器的性能；进气歧管，该进气歧管具有用于进入烃气体的多个口；主换热器，用于将液体烃转变成气体燃料；第二换热器，用于通过与液化烃气体的换热来冷却柴油燃料；多个传感器，用于检测与OEM电子控制单元相同的发动机参数，包括节气门开度；用于烃气体压力的附加传感器；用于烃气体温度的附加传感器；以及补充电子控制单元，用于响应节气门开度根据上述参数来改变柴油与烃气体的比率，因此，当发动机怠速时，喷射器允许气体进入，以使得燃料混合物中更富含烃气体，而不是柴油。
4.根据权利要求3所述的双燃料发动机，其中：补充电子控制单元使用的参数是空气温度、冷却剂温度、气体压力、气体温度、柴油温度、润滑剂压力、润滑剂温度和柴油温度。
5.根据权利要求3或4所述的双燃料发动机，其中：空气和烃气体在歧管中的流量通过电动阀来控制，该电动阀再由补充电子控制单元来控制。
6.根据权利要求3-5中任意一项所述的双燃料发动机，其中：柴油喷射器的性能通过OEM和补充电子控制单元的组合输出来控制。
7.根据权利要求3-6中任意一项所述的双燃料发动机，其中：用于冷却柴油的柴油换热器与冷却进入进气歧管的空气的换热器串联。
8.根据权利要求7所述的双燃料发动机，其中：柴油换热器位于用于冷却进入进气歧管的空气的换热器的下游。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的双燃料发动机，其中：发动机的容量为
2.5-13l。
10.一套多个部件的器具用于将烃气体发动机转换成双燃料发动机，它包括：柴油燃料冷却器，该柴油燃料冷却器具有管道，以便使得冷却器进口与柴油燃料源连接和使得冷却器输出口与柴油喷射器连接；歧管，该歧管具有至少一个气体口，用于接受烃气体；在歧管中的电动阀，用于调节歧管流量；用于烃气体压力的传感器；用于烃气体温度的传感器；
用于补充气体发动机中的OEM电子单元的电子控制单元，以便响应节气门开度来改变在燃料混合物中的柴油/烃气体比例。

说明书全文

用于气体燃料 发动机的冷却系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于以气体燃料为主导的内燃机的进口空气系统的冷却。

背景技术

[0002] 本发明采用一种烃气体，即液化天然气[LNG]或压缩天然气[CNG]。该烃气体被注入到进气歧管中，并且传送至发动机，它在发动机中由发动机控制模块[ECM]控制。因此，操作者可以受益于LNG或CNG燃料的经济性。涡轮增压是这些发动机的标准。流入空气的压缩增加了它的温度，并且降低了它的密度。进口空气的温度超过70摄氏度并不罕见的。即使插入空气对空气中间冷却器，仍然记录到这样的热程度，这是由于中间冷却器由经过它们的空气冷却，并当车辆排队或静止时，中间冷却器的效果下降。

发明内容

[0003] 本发明的设备方面提供一套用于改进使用气体燃料和中间冷却器的发动机的器具，它包括：液冷中间冷却器，用于将空气输入至发动机中；与中间冷却器连接的换热器，在该换热器中，当燃料从液态变成气态时，冷的液化天然气燃料从中间冷却器吸收热量；以及连接管，用于使得换热器与燃料箱连接以便接收液体燃料和用于使得换热器与发动机歧管连接。该套器具可以包括集管箱和泵，用于将冷却剂从换热器循环至中间冷却器。

[0004] 本发明的使用方面提供了用液化天然气来冷却输入给使用气体燃料的发动机的空气。本发明的另一个方面提供了一种冷却系统，用于补充涡轮增压发动机的空气对空气中间冷却器，它包括：用于涡轮增压空气的冷却器；用于该冷却器的冷却回路；在冷却回路中的换热器；通向换热器的液体燃料进口；从换热器至发动机的气体燃料出口，因此，液体燃料到气体的相变的冷却能力可用于冷却涡轮增压的空气。

[0005] 当大容量发动机在大节气门开度下连续工作时，燃料的成本对于操作者来说是一个重要的经济因素，且还关注燃料的可获得性，特别是在偏远地区。优选是，发动机能够通过燃料的选择提供足够的动力，例如柴油或是烃气体。即使在最合适的环境温度下，当柴油温度升高和或进入发动机的空气温度升高时，许多大型柴油发动机功率会受到降低。

[0006] 当发动机使用柴油和烃气体的混合物时，必须改变混合比以优化组合。因此发动机将进行绘图，在测功试验过程中进行测量，以便决定发动机的整个转速/负载范围内的工作值。这些参数作为ECU的数据，当通过单一燃料运行时ECU控制发动机的工作，但附加燃料的使用添加至参数中，并需要补充的ECU。

[0007] 本发明的第二方面提供了一种能够接受柴油和烃气体燃料的双燃料多缸内燃机，它有：OEM 电子控制单元，用于控制柴油喷射器的性能；进气歧管，该进气歧管具有用于进入烃气体的多个口；主换热器，用于将液体烃转变成气体燃料；第二换热器，用于通过与液化烃气体的换热来冷却柴油燃料；多个传感器，用于检测与OEM电子控制单元相同的发动机参数，包括节气门开度；用于烃气体压力的附加传感器；用于烃气体温度的附加传感器；以及补充电子控制单元，用于响应节气门开度根据上述参数来改变柴油与烃气体的比率，因此，当发动机怠速时，喷射器允许气体进入，以使得燃料混合物中更富含烃气体，而不是柴油。

[0008] 补充电子控制单元使用的参数可以包括空气温度、冷却剂温度、气体压力、气体温度、柴油温度、润滑剂压力、润滑剂温度和柴油温度。

[0009] 空气和烃气体在歧管中的流量可以通过电动阀来控制，该电动阀再由补充电子控制单元来控制。

[0010] 柴油喷射器的性能可以通过OEM和补充电子控制单元的组合输出来控制。

[0011] 用于冷却柴油的柴油换热器可以与冷却进入进气歧管的空气的换热器串联。

[0012] 优选是，柴油换热器位于用于冷却进入进气歧管的空气的换热器的下游。

[0013] 较长的单独进气管装配成保证引入不同缸的空气质量相同。这对于保证在缸之间保持相同的气燃比很重要。

[0014] 燃料输送是通过顺序定时的口进行气体注入。这能够在气门重叠过程中降低气体排放损失以及在加速过程中有良好的瞬时气燃比控制。

[0015] 车辆的操作者可以通过使用多个部件的一套器具来校正发动机以便接受柴油燃料。

[0016] 本发明的第三个方面提供了一套多个部件的器具，用于将烃气体发动机转换成双燃料发动机，它包括：柴油燃料冷却器，该柴油燃料冷却器具有管道，以便使得冷却器进口与柴油燃料源连接和使得冷却器输出口与柴油喷射器连接；歧管，该歧管具有至少一个气体口，用于接受烃气体；在歧管中的电动阀，用于调节歧管流量；用于烃气体压力的传感器；用于烃气体温度的传感器；用于补充气体发动机中的OEM电子单元的电子控制单元，以便响应节气门开度来改变在燃料混合物中的柴油/烃气体比例。

[0017] 主换热器装配成利用来自从原始装配的中间冷却器出去的温暖空气的热量来将液态甲烷转变成气态。这使得进口空气降低20~30℃，该空气供给气缸，从而减小了燃烧过程易产生爆鸣或爆震的弱点。较低的空气温度降低了压缩后温度，并且提供平滑的燃烧过程。

[0018] 用自身的换热器来冷却柴油燃料和利用通过主换热器的LNG将保证所有的LNG改变其状态到气态，并且甲烷气体温度超过10℃。这将柴油温度降低大约20~40℃，并且减少了发动机燃烧过程中的爆鸣或爆震。测试显示发生了更为稳定和平滑的燃烧。

[0019] 这两个安装的换热器允许双燃料柴油/LNG发动机在高环境温度下保持额定发动机功率。

[0020] 当由补充ECU施加的控制出现任何故障时，操作者通过OEM电子单元来恢复控制。

[0021] 发明的有益效果1. 能够利用两种不同的燃料来减轻可获得性问题，尤其是在偏远地区。

[0022] 2. 总体燃料经济性得到了改善。附图说明

[0023] 下面参考附图介绍本发明的实施例，附图中：图1为流程图。

[0024] 图2为图1的线路变化形式的视图，表示了柴油冷却器的位置。

[0025] 图3为提供给多气缸柴油发动机的发动机电子控制单元以及补充电子控制单元的视图。

[0026] 图4为表示在75%节气门时的燃料比的表。

[0027] 图5为表示在25%节气门时的燃料混合比的表。

具体实施方式

[0028] 参考附图，具有常规涡轮增压机的141 卡车发动机（未显示）通过空气对空气的中间冷却器2来供给一定压力的空气。输送管4引导达到70~75℃的压缩空气通过水冷中间冷却器6，然后导向发动机。水冷冷却器6为管状（500mm x 200mm），并且在增压空气到达发动机进气歧管前供给比进入的增压空气低20~25℃的更冷空气。

[0029] 水-燃料冷却器6具有冷的冷却剂进口8和热的冷却剂出口10，该冷却剂出口10使得冷却剂返回至集管箱12。集管箱的内容物产生了用于系统的额外容积，以便起动加注冷却剂泵14（该冷却剂泵对换热器16进行供给）。该室为900mm x 200mm，并容纳多通道换热器元件，该多通道换热器元件从绝热燃料箱（未示出）接收-160℃的液化天然气。与换热器16的热冷却剂接触将使得液体转变为气体形式，这时，释放的气体通过出口18离开换热器，穿过一个气体过滤器20，并在进入喷射器燃料歧管前到达调节器22。

[0030] 通向换热器的液体燃料的连续流提供了稳定的散热器，它能够将从中间冷却器到达的冷却剂冷却大约20℃，因此增加用于发动机的空气密度。当卡车沿持续斜坡向上前进时，增加进口空气冷却的优点很明显：通过这种额外冷却，将维持卡车发动机的动力。增压空气的温度通常在25~45℃，但是在最大负荷下能够达到70~75℃，通过附加换热器16，温度降低到45℃和55℃之间。

[0031] 现在参考图2，空气对空气中间冷却器2提供预冷空气至水冷换热器6。换热器6进一步冷却吹入进口歧管（未示出）的增压空气，该增压空气通过与LNG换热器16的换热来冷却。LNG导管24离开换热器16，并进入柴油冷却器26和将燃料传送给过滤器20。经冷却的柴油通过管路28，以便引向在发动机旁的喷射泵。

[0032] 现在参考图3，作为原始设备而由制造商提供给发动机的ECU30处于固定在发动机外部的壳体内，并通过电引线而与发动机部件连接。在六气缸发动机中，有从ECU30至每个喷射器的引线32，以改变喷射器脉冲。引线34连接到加速踏板传感器36。ECU30收集来自同步传感器38、参考传感器40、柴油温度42、油温度44、油压力46、冷却剂温度48、空气温度50以及图传感器52的输入。这些输入允许单元30响应节气门开度来改变喷射器的脉冲周期。

[0033] 由线控节气门驱动的进气歧管进行装配，并从补充ECU54获得指令以便保持最大贫油气燃比。节气门控制进入发动机的空气量。当气燃比太贫油（无节气门控制）时，在引导柴油喷射后已经开始燃烧的天然气（甲烷）将非常慢地和不完全地燃烧，因此温室排放升高和燃料消耗增加。甲烷与柴油的替代比下降，且成本收益显著减少。通过有这样的节气门控制，在几乎全部负载状态下都能够利用甲烷替代（甚至在怠速时）。

[0034] 补充ECU54需要来自相同的上述传感器的输入，另外还有来自于烃气体压力传感器56和气体温度传感器58的输入。ECU54具有通向六个柴油喷射器的引线60、通向歧管内的6个气体喷射器64的引线62以及通向伺服计（未示出）的引线66，该伺服计使得歧管内的瓣阀68旋转。补充ECU54通过共享由ECU30使用的引线而与喷射器连接，且在一个变化形式中，转换开关允许操作者取消共享。所有参数都通过补充ECU54来控制，ECU30仅仅监控发动机参数，而并不控制。

[0035] 当出现任何问题时，原始的ECU30将接管发动机的控制，并在全柴油模式下运行，且补充ECU54关闭。

[0036] 现在参考附图4中的表，在75%节气门和1500rpm下，燃料混合物为20%柴油、80%气体。

[0037] 现在参考附图5中的表，在25%节气门和1500rpm下，燃料混合物为3%柴油和97%气体。当车辆在其旅程中大部分怠速时，这会节省排放。

[0038] 应当知道，在整个说明书中使用的词语 “包括”应解释为开放形式，即，词语“包括”并不排除附加的其它元件。

[0039] 应当知道，在不背离本发明基本属性的情况下能够对本发明进行各种修改和/或附加。这些修改和/或附加应被视为落在本发明的保护范围之内。

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