专利名称：柴油/液化石油气船舶双燃料发动机电控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及双燃料船舶发动机电控技术领域，尤其涉及一种柴油/液化石油 气船舶双燃料发动机电控系统。
背景技术：
随着全球能源消耗迅速增长，大气污染和温室气体排放给人类的生活环境造成了 严重影响。目前各国对发动机实现排放的无害化的要求日益强烈。国内对机动车的燃料能 耗和污染物排放制定了完整的技术标准和法规体系，而内陆江河运输船舶却缺乏这样的监 管体系，使得内陆运输船舶产生的大量的污染物和温室气体严重污染江河湖泊水域及沿线 城市环境。另外，我国江河大功率(300KW以上)运输船舶发动机的供油系统是由机械机构来 实现的，即通过限制油泵油门位置来对每次缸内的柴油喷油量进行控制，其控制的自由度 小、精度低，这严重影响了船舶发动机的节能减排效果。液化石油气(LPG)是世界公认的清洁能源，其广泛应用在汽车，城市燃气，工业生 产等领域，而在船舶上的应用并没有引起人们的重视。
实用新型内容针对上述问题，本实用新型提供一种柴油/液化石油气船舶双燃料发动机电控系 统，以克服目前运输船舶柴油发动机能耗高、污染严重、技术落后、性能差等缺点。为达到上述目的，本实用新型柴油/液化石油气船舶双燃料发动机电控系统包 括柴油供给系统、液化石油气供给系统、电子控制单元、监测系统和总控制阀；其中，所述柴油供给系统，接收所述电子控制单元输出的控制指令，并依据控制指令输 出相应量的柴油；所述液化石油气供给系统，接收所述电子控制单元输出的控制指令，并依据控制 指令输出相应量的石油气；所述电子控制单元，接收所述监测系统输出的监测数据，并依据该监测数据输出 控制指令给所述柴油供给系统、所述液化石油气供给系统和所述总控制阀；所述监测系统，设置在所述发动机中，实时监测发动机的工作状况并输出监测数 据；所述总控制阀，设置在所述柴油供给系统和液化石油气供给系统的燃料输出端， 接收所述电子控制单元输出的控制指令，并依据控制指令开通或断开所述柴油供给系统的 供给油路和/或所述液化石油气供给系统的供给气路。进一步地，为保证发动机的安全运行，所述柴油/液化石油气船舶双燃料发动机 电控系统还包括一安全监测系统，所述安全监测系统由至少一个燃气泄漏探测器和报警器 构成；其中，所述燃气泄漏探测器，设置在发动机中，如发动机机舱、液化石油气储罐以及燃气
4装置和阀门集群处，实时监测所述发动机的石油气泄漏情况；报警器，接收所述燃气泄漏探测器输出的监测信号，并依据监测信号输出报警信 号给所述电子控制单元。其中，所述柴油供给系统包括柴油储罐、控制柴油喷油量的柴油控制器和柴油高 压泵；所述柴油控制器的控制信号输入端与所述电子控制单元的柴油输出量控制指令输 出端相连，所述柴油储罐的柴油输出端经所述柴油控制器与所述柴油高压泵的低压油端相 连，所述柴油高压泵的高压油端与所述发动机的气缸连通。所述液化石油气供给系统包括液化石油气储罐、液化石油气高压电磁阀、蒸发减 压器、过滤器、液化石油气低压电磁阀、缓冲罐、液化石油气喷射阀、混合器、空滤器和涡轮 增压器；其中，所述液化石油气储罐、所述液化石油气高压电磁阀、所述蒸发减压器、所述过滤 器、所述液化石油气低压电磁阀、所述缓冲罐和所述液化石油气喷射阀依次首尾相连；所述液化石油气喷射阀的燃气喷射端与所述混合器的燃气输入端相连通；所述空滤器的进气端与大气相连通，所述空滤器的气体输出端与所述涡轮增压器 的低压气体输入端相连，所述涡轮增压器的高压气体输出端与所述混合器的空气输入端相 连通；所述混合器的可燃混合气输出端与所述发动机的气缸相连通；所述液化石油气高压电磁阀、所述液化石油气低压电磁阀和所述液化石油气喷射 阀的控制信号输入端分别与所述电子控制单元的控制信号输出端相连接。所述监测系统包括空气温度压力传感器、氧传感器、水温传感器、转数传感器、机 油压力传感器、排气温度传感器、油门位置传感器、燃气温度传感器和燃气压力传感器。本实用新型对原有船舶柴油发动机的燃料控制系统和进气控制系统进行了改进 设计，加装了一套液化石油气供给系统和电子控制单元，使得柴油液化石油气双燃料船舶 发动机可以使用柴油/液化石油气两种混合燃料掺烧，也可以恢复使用纯柴油工作模式。 当发动机以双燃料运行时，柴油作为引燃燃料，而液化石油气作为主燃料。本实用新型具有以下几点有益效果(1)本实用新型的电子控制单元对引燃柴油量和液化石油气供给量进行适时、智 能的电子控制，使两种燃料在船舶不同运行工况下得到合适的匹配，使双燃料发动机具有 良好的动力性能，经济性和较好的排放性。(2)本实用新型采用双燃料运行时，柴油作为引燃燃料，液化石油气为主燃料，石 油气的综合替代率可达到70%以上。改造后的双燃料发动机不仅保持了原柴油发动机的动 力性能，还降低了燃料成本(节约燃料费20%以上)，减少了污染物和温室气体的排放(颗 粒物碳烟减少80%、氮氧化物40%、二氧化碳可减少16%以上)。(3)本实用新型的实施将开启中国内陆江河湖泊水域发展低碳经济的先河，将为 国家节能减排政策作出重大贡献。
图1为本实用新型所述柴油/液化石油气船舶双燃料发动机电控系统的结构示意 图；[0029]图2为本实用新型所述柴油供给系统和液化石油气供给系统的燃料供给流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式
做详细描述。如图1所示，本实用新型柴油/液化石油气船舶双燃料发动机电控系统，其特征在 于，柴油供给系统1、液化石油气供给系统2、电子控制单元3、监测系统4和总控制阀5 ；其 中，所述柴油供给系统1，接收所述电子控制单元3输出的控制指令，并依据控制指令 输出相应量的柴油；所述液化石油气供给系统2，接收所述电子控制单元3输出的控制指令，并依据控 制指令输出相应量的石油气；所述电子控制单元3，接收所述监测系统输出的监测数据，并依据该监测数据输出 控制指令给所述柴油供给系统1、所述液化石油气供给系统2和所述总控制阀5 ；所述监测系统4，设置在所述发动机中，实时监测发动机的工作状况并输出监测数 据；所述总控制阀5，设置在所述柴油供给系统1和液化石油气供给系统2的燃料输出 端，如图中所示可设置在所述柴油供给系统1的柴油箱的输出端和所述液化石油气供给系 统2的液化石油气储罐的输出端，接收所述电子控制单元3输出的控制指令，并依据控制指 令开通或断开所述柴油供给系统1的供给油路和/或所述液化石油气供给系统2的供给气路。作为本实用新型更进一步的改进，还包括一个安全监测系统6，所述的安全监测系 统6至少一个由燃气泄漏探测器和报警器构成；其中，所述燃气泄漏探测器，设置在发动机 中，如发动机机舱、液化石油气储罐及其他燃气装置和阀门集群处，实时监测所述发动机的 燃气泄漏情况；所述报警器，接收所述燃气泄漏探测器输出的监测信号，并依据监测信号输 出报警信号给所述电子控制单元；所述电子控制单元3接收到该报警信号后，输出控制指 令给所述总控制阀5，所述总控制阀5依据该控制指令断开所述液化石油气供给系统的供 给气路，待泄漏情况解除后，所述电子控制单元3输出控制指令给所述总控制阀5开通所述 液化石油气供给系统的供给气路，使发动机处于双燃料工作模式下。这样，可保证发动机安 全正常的运行。其中，所述柴油供给系统1包括柴油储罐、控制柴油喷油量的柴油控制器和柴油 高压泵；所述柴油控制器的控制信号输入端与所述电子控制单元的柴油输出量控制指令输 出端相连，所述柴油储罐的柴油输出端经所述柴油控制器与所述柴油高压泵的低压油端相 连，所述柴油高压泵的高压油端与所述发动机的气缸连通。所述液化石油气供给系统2包括液化石油气储罐、液化石油气高压电磁阀、蒸发 减压器、过滤器、液化石油气低压电磁阀、缓冲罐、液化石油气喷射阀、混合器、空滤器和涡 轮增压器；其中，所述液化石油气储罐、所述液化石油气高压电磁阀、所述蒸发减压器、所述过滤 器、所述液化石油气低压电磁阀、所述缓冲罐和所述液化石油气喷射阀依次首尾相连；所述液化石油气喷射阀的燃气喷射端与所述混合器的燃气输入端相连通；[0042]所述空滤器的进气端与大气相连通，所述空滤器的气体输出端与所述涡轮增压器 的低压气体输入端相连，所述涡轮增压器的高压气体输出端与所述混合器的空气输入端相 连通；所述混合器的可燃混合气输出端与所述发动机的气缸相连通；所述液化石油气高压电磁阀、所述液化石油气低压电磁阀和所述液化石油气喷射 阀的控制信号输入端分别与所述电子控制单元的控制信号输出端相连接。电子控制单元(EOT) 3，如图1所示E⑶的信号输入端连接有监测系统4和安全监 测系统6 ；控制指令输出端连接有所述柴油供给系统1的柴油控制器、所述液化石油气供给 系统2的液化石油气高压电磁阀、液化石油气低压电磁阀和液化石油气喷射阀以及总控制 阀5。电子控制单元3可依据所述监测系统4实时监测发动机工作过程中的各项数据，通过 给所述柴油供给系统1的柴油控制器、所述液化石油气供给系统2的液化石油气高压电磁 阀、液化石油气低压电磁阀和液化石油气喷射阀输出控制指令来实现对柴油和液化石油气 的供给量进行精确控制；通过给所述总控制阀5输出控制指令来实现发动机纯柴油模式或 双燃料工作模式的切换。图1中“一”表示输入所述电子控制单元的各通信信号以及所述 电子控制单元输出的控制信号；“■==>”表示柴油和液化石油气的流动方向。所述监测系统4包括空气温度压力传感器、氧传感器、水温传感器、转数传感器、 机油压力传感器、排气温度传感器、油门位置传感器、燃气温度传感器和燃气压力传感器； 这些传感器的输出信号输送到电子控制单元3中；其中，空气压力温度传感器和氧传感器设置在所述涡轮增压器的高压气体输出端，用以 测量发动机的进气压力，温度和空气中氧的含量；电子控制单元3可依据进气压力，温度和 氧含量适工况对发动机的进气压力和进气量进行修正，使发动机在任何环境和载荷下都能 够达到合理的空燃比，有效的减少氮氧化物的产生，减少废气的排放；水温传感器，用于测量发动机冷却循环水的温度；转数传感器，测量发动机曲轴转数，当转数传感器监测到发动机的曲轴转数达到 预设转数时，所述电子控制单元3依据转数传感器输出的转数信号自动将发动机转换为双 燃料运行模式；机油压力传感器，测量机油压力；排气温度传感器，通过实时监测发动机排气的温度，监测发动机的工作状态，避免 发动机过热或烧缸；油门位置传感器，设置在所述柴油供给系统中的柴油控制器的柴油输出端用于监 测所述发动机的柴油供应量；燃气压力传感器和燃气温度传感器，用于监测石油气的供给状况，保证石油气的 喷射量；将以上这些传感器信号输入到电子控制单元3 ；电子控制单元3根据输入的传感 器信号进行软件处理，将电子控制单元3的输出控制指令分别输送到柴油供给系统的柴油 控制器，液化石油气供给系统的液化石油气高压电磁阀、液化石油气低压电磁阀和液化石 油气喷射阀，用于实现对柴油和石油气的供给量进行精确控制以及柴油或双燃料工作模式 的切换。其中，液化石油气喷射阀的喷射压力设为0. IMpa,该部件是液化石油气供给系统的 关键部件，用于计量、适时地将LPG喷入发动机混合器中。
7[0055]如图2所示，本实用新型所述柴油/液化石油气船舶双燃料发动机电控系统柴油 供给系统和液化石油气供给系统的燃料供给流程图，其详细流程描述如下采用纯柴油工作，本实用新型所述的电子控制单元输出控制指令给所述总控制阀 切断石油气的供给气路。柴油从柴油储罐经柴油控制器及柴油高压泵喷射入发动机气缸内 燃烧对外做功。采用双燃料工作，初始时，所述发动机使用柴油模式；当发动机的曲轴转数达到预 定转数后，电子控制单元会输出控制信号给所述总控制阀，将发动机的运行模式转换为双 燃料运行模式。此时液化石油气供给系统中的液化石油气储罐内的液态石油气靠罐内压力 1. 6Mpa通过液化石油气高压电磁阀进入到蒸发减压器；在所述蒸发减压器中，液化石油气 与发动机中的循环水进行热交换，并汽化成气态的LPG，其压力减至为0. IMpa ；然后，汽化 后的石油气经过滤器进行过滤除杂，再通过液化石油气低压电磁阀进入缓冲罐，气态的LPG 在缓冲罐中稳压储存；最后，液化石油气喷射阀接收到电子控制单元的喷射控制指令后，将 LPG喷入到混合器中与其内的空气混合成可燃的混合气后输入到发动机的气缸，由柴油供 给系统的柴油高压泵喷入的柴油引燃做功。本实用新型所述柴油/液化石油气船舶双燃料发动机电控系统，以发动机油门位 置信号为确定船舶运行载荷依据，同时根据发动机转数、发动机进气压力温度、排气温度、 循环水温度、氧含量、机油压力等参数，通过控制所述液压液化石油气供给系统的液压石油 气高压电磁阀、液压石油气低压电磁阀和石油气喷射器及柴油供给系统的柴油控制器来实 现对柴油的输入量和石油气的喷射量的精确控制。在发动机运行的过程中，当安全监测系统监测到有石油气泄漏时，燃气泄漏探测 器将泄漏信息通过报警器自动报警，同时电子控制单元输出控制指令给所述总控制阀，切 断石油气的气路，并自动转换为柴油运行模式，使发动机正常运转。当泄漏状况排除后，在 所述电子控制单元的控制下所述总控制阀开通液化石油气供给气路，发动机此时即可处于 双燃料运行模式下运行。本实用新型通过将气态的液化石油气经由液化石油气喷射阀门喷射到混合器中， 与混合器中的空气混合，形成可燃混合气喷入到发动机的气缸中，由柴油供给系统的柴油 高压泵喷入的柴油引燃做功，实现了现有船舶发动机的双燃料运转，有效降低了污染，达到 了节能减排的目的。同时，本实用新型还可根据船舶水域工况载荷的不同，电子控制单元严 格限制柴油的供给量，并通过液化石油气喷射阀精确适时适量地喷入石油气，发动机载荷 越大，喷出的石油气量也越多，在最大载荷下，石油气的综合替代率可达70%。本实用新型 采用所述电子系统对引燃柴油的供给量和液化石油气主燃料的供给量进行精确、适时、灵 活的控制，以满足船舶在不固水域工况下双燃料发动机运行的动力性、经济性和排放性。以上，仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替 换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求 所界定的保护范围为准。
权利要求1.一种柴油/液化石油气船舶双燃料发动机电控系统，其特征在于，包括柴油供给系 统、液化石油气供给系统、电子控制单元、监测系统和总控制阀；其中，所述柴油供给系统，接收所述电子控制单元输出的控制指令，并依据控制指令输出相 应量的柴油；所述液化石油气供给系统，接收所述电子控制单元输出的控制指令，并依据控制指令 输出相应量的石油气；所述电子控制单元，接收所述监测系统输出的监测数据，并依据该监测数据输出控制 指令给所述柴油供给系统、所述液化石油气供给系统和所述总控制阀；所述监测系统，设置在所述发动机中，实时监测发动机的工作状况并输出监测数据；所述总控制阀，设置在所述柴油供给系统和液化石油气供给系统的燃料输出端，接收 所述电子控制单元输出的控制指令，并依据控制指令开通或断开所述柴油供给系统的供给 油路和/或所述液化石油气供给系统的供给气路。
2.根据权利要求1所述柴油/液化石油气船舶双燃料发动机电控系统，其特征在于，所 述柴油/液化石油气船舶双燃料发动机电控系统还包括一安全监测系统，所述安全监测系 统由至少一个燃气泄漏探测器和报警器构成；其中，所述燃气泄漏探测器，设置在发动机中，实时监测所述发动机的石油气泄漏情况并输 出监测信号；报警器，接收所述燃气泄漏探测器输出的监测信号，并依据监测信号输出报警信号给 所述电子控制单元。
3.根据权利要求1或2所述柴油/液化石油气船舶双燃料发动机电控系统，其特征在 于，所述柴油供给系统包括柴油储罐、控制柴油喷油量的柴油控制器和柴油高压泵；所述 柴油控制器的控制信号输入端与所述电子控制单元的柴油输出量控制指令输出端相连，所 述柴油储罐的柴油输出端经所述柴油控制器与所述柴油高压泵的低压油端相连，所述柴油 高压泵的高压油端与所述发动机的气缸连通。
4.根据权利要求1或2所述柴油/液化石油气船舶双燃料发动机电控系统，其特征在 于，所述液化石油气供给系统包括液化石油气储罐、液化石油气高压电磁阀、蒸发减压器、 过滤器、液化石油气低压电磁阀、缓冲罐、液化石油气喷射阀、混合器、空滤器和涡轮增压 器；其中，所述液化石油气储罐、所述液化石油气高压电磁阀、所述蒸发减压器、所述过滤器、所 述液化石油气低压电磁阀、所述缓冲罐和所述液化石油气喷射阀依次首尾相连；所述液化石油气喷射阀的燃气喷射端与所述混合器的燃气输入端相连通；所述空滤器的进气端与大气相连通，所述空滤器的气体输出端与所述涡轮增压器的 低压气体输入端相连，所述涡轮增压器的高压气体输出端与所述混合器的空气输入端相连 通；所述混合器的可燃混合气输出端与所述发动机的气缸相连通；所述液化石油气高压电磁阀、所述液化石油气低压电磁阀和所述液化石油气喷射阀的 控制信号输入端分别与所述电子控制单元的控制信号输出端相连接。
5.根据权利要求1或2所述柴油/液化石油气船舶双燃料发动机电控系统，其特征在 于，所述监测系统包括空气温度压力传感器、氧传感器、水温传感器、转数传感器、机油压力传感器、排气温度传感器、油门位置传感器、燃气温度传感器和燃气压力传感器。
专利摘要本实用新型公开一种柴油/液化石油气船舶双燃料发动机电控系统，主要是为了克服现有运输船舶柴油发动机能耗高、污染严重、技术落后、性能差等缺点而设计。本实用新型包括柴油供给系统，接收电子控制单元输出的控制指令并依该指令输出相应量的柴油；液化石油气供给系统，接收电子控制单元输出的控制指令并依该指令输出相应量的石油气；电子控制单元，接收监测系统和安全监测系统输出的信号并依该信号输出控制指令给柴油供给系统、液化石油气供给系统和总控制阀；监测系统，实时监测发动机的工作状况；总控制阀，依据电子控制单元输出的控制指令开通或断开柴油供给油路和/或液化石油气供给气路；以及安全监测系统，实时监测发动机中是否有燃气泄漏。
文档编号F02D19/06GK201865778SQ20102063015
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者卞学庄, 王少岩 申请人:北京中兴恒和能源科技有限公司