本发明涉及天然气发动机废气再循环（EGR）冷却系统。
背景技术：
液化天然气（LNG）在天然气发动机车辆上使用时，需要将液态LNG汽化为气态天然气且达到合适的温度后，再进入发动机。在液化天然气（LNG）汽化过程中，需要吸收大量的热量。对于采用废气再循环（EGR）技术路线的天然气发动机而言，废气（EGR）在进入发动机之前，需要将废气温度降低至合适范围内并散发大量的热量。目前采取的办法是：车辆上布置一个液化天然气（LNG）汽化器，利用发动机循环冷却液的温度升高对液态LNG进行加热，另外在发动机上布置有传统EGR冷却器，传统EGR冷却器的作用在于进行EGR废气与发动机冷却液换热，利用发动机冷却液对EGR废气降温，带走EGR废气的热量。这样发动机就要布置采用两个换热器（LNG汽化器和传统EGR冷却器），不仅成本高，而且难以控制进入LNG汽化器和传统EGR冷却器的发动机冷却液流量。
技术实现要素：
本发明提供了一种以液化天然气（LNG）为燃料的天然气发动机废气再循环（EGR）冷却系统及其控制方法，将LNG汽化器和传统EGR冷却器整合为一款新型EGR冷却器，综合利用了LNG汽化器吸热和EGR冷却器废气降温散热并辅以发动机冷却液换热，发动机冷却液的流量通过发动机ECU进行控制，冷却系统结构紧凑、成本低、控制精度较高。
本发明采用的技术方案是：天然气发动机废气再循环（EGR）冷却系统及其控制方法，包括EGR冷却器、水气分离器、废气温度传感器、发动机ECU、电子水阀门、天然气温度传感器以及发动机连接线束，天然气、发动机废气和冷却液分别经天然气管道、废气出气口管道和冷却液管道与EGR冷却器连接，水气分离器位于EGR冷却器的废气出口下游，在发动机废气经水气分离器后进入发动机的进气管道上安装有废气温度传感器，发动机水泵出水口与EGR冷却器之间冷却液管道上安装有电子水阀门，天然气经EGR冷却器与发动机燃气喷射装置连接，EGR冷却器与发动机燃气喷射装置之间安装有天然气温度传感器，天然气温度传感器和废气温度传感器通过发动机连接线束与发动机ECU连接，电子水阀门开度由发动机ECU通过发动机连接线束控制。
上述的天然气发动机废气再循环（EGR）冷却系统及其控制方法，EGR冷却器包含EGR冷却器天然气管道、EGR冷却器废气管道、EGR冷却器冷却液腔和放气接头，EGR冷却器天然气管道和EGR冷却器废气管道均浸没在EGR冷却器冷却液腔中。发动机冷却液、天然气、发动机EGR废气三种介质在EGR冷却器中实现发动机冷却液与天然气对向流动换热，发动机冷却液与发动机EGR废气对向流动换热。
上述的天然气发动机废气再循环（EGR）冷却系统及其控制方法，电子水阀门可以安装于EGR冷却器的发动机冷却液出口的发动机冷却液流动管道上。
上述的天然气发动机废气再循环冷却系统及其控制方法，发动机ECU根据内部软件预
先设置的温度控制优先级，确定对天然气温度和EGR废气温度的选择策略是先判断EGR废气温度、后判断天然气温度是否满足要求的逻辑关系，以此向电子水阀门发出相应电信号指令，根据指令控制电子水阀门的开度，执行相应的根据优先级确定电子水阀门的动作，减小电子水阀门的开度或者增加电子水阀门的开度，使得进入EGR冷却器的发动机冷却液得到持续的调节和控制，从而使天然气温度和EGR废气温度得到精确控制并处于合适的范围内。
本发明的天然气发动机废气再循环（EGR）冷却系统及其控制方法，采用一种可同时进行天然气、废气和发动机冷却液三种介质换热的新型换热器，即一种新型的废气再循环EGR冷却器，组成天然气发动机新型废气再循环（EGR）冷却系统，利用发动机冷却液，在EGR冷却器内，对高温的EGR废气散热以降低EGR废气温度，同时对低温的天然气加热以提高天然气温度。利用发动机ECU控制电子水阀门，调节电子水阀门的水阀门开度，实现对参与换热的发动机冷却液流量进行控制，从而使发动机正常运行，冷却系统结构紧凑、成本低、控制精度较高。
附图说明
图1为本发明的系统组成示意图。
图2为本发明中的EGR冷却器三维结构剖面示意图。
图3为本发明的EGR冷却系统控制方法流程逻辑示意图。
图中，1为EGR冷却器，2为水气分离器，3为废气温度传感器，4为LNG气瓶，5为发动机ECU，6为电子水阀门，7为发动机水泵出水口，8为天然气发动机，9为EGR废气出气口，10为天然气温度传感器，11为发动机连接线束，12为控制程序指令开始，13为EGR废气温度偏高，14为天然气温度偏低，15为根据优先级确定电子水阀门6的动作，16为减小电子水阀门6的开度，17为增加电子水阀门6的开度，18为结束控制程序指令，101为EGR冷却器的废气入口，102为EGR冷却器的废气出口，103为EGR冷却器的发动机冷却液出口，104为EGR冷却器的发动机冷却液入口，105为EGR冷却器的天然气入口，106为EGR冷却器的天然气出口，107为EGR冷却器冷却液腔，108为EGR冷却器天然气管道，109为EGR冷却器废气管道。
具体实施方式
下面结合附图1、2和3对本发明作进一步描述。
如图1、2、3所示，天然气发动机废气再循环（EGR）冷却系统及其控制方法，包括EGR冷却器1、水气分离器2、废气温度传感器3、LNG气瓶4、发动机ECU5、电子水阀门6、发动机水泵出水口7、天然气发动机8，EGR废气出气口9、天然气温度传感器10、发动机连接线束11，天然气发动机8产生的废气经EGR废气出气口9通过管道进入EGR冷却器1，经与发动机冷却液换热，废气温度降低，经过水气分离器2，废气进入发动机进气管，低温液化天然气LNG从LNG气瓶4出来后，进入EGR冷却器1，经与发动机冷却液换热后天然气温度升高，然后进入发动机燃气喷射装置，EGR冷却器1中的发动机冷却液来自发动机水泵出水口7，在EGR冷却器1中与低温天然气和高温EGR废气三介质换热后，冷却液进入返回发动机水泵进水口，为了监控经过EGR冷却器的天然气温度和EGR废气温度，在EGR冷却器1的天然气出口下游，安装有天然气温度传感器10，在水气分离器2的下游，安装有废气温度传感器3，天然气温度传感器10和废气温度传感器3测得的温度信号通过发动机连接线束11发送至发动机ECU5，在EGR冷却器1的发动机冷却液入口与发动机水泵出水口7之间，安装有电子水阀门6，电子水阀门6开度由发动机ECU通过发动机连接线束11控制。电子水阀门6也可以安装于EGR冷却器1的发动机冷却液出口的发动机冷却液流动管道上。
EGR冷却器1包含EGR冷却器的废气入口101、EGR冷却器的废气出口102、EGR冷却器的发动机冷却液出口103、EGR冷却器的发动机冷却液入口104、EGR冷却器的天然气入口105、EGR冷却器的天然气出口106、EGR冷却器水腔107、EGR冷却器天然气管道108、EGR冷却器废气管道109和放气接头110。EGR冷却器天然气管道108和EGR冷却器废气管道109均浸没在EGR冷却器冷却液腔107中，发动机冷却液、天然气、发动机EGR废气三种介质在EGR冷却器1中的流动方向采用了对向流动，发动机冷却液与天然气对向流动换热，发动机冷却液与发动机EGR废气对向流动换热。
低温液化天然气（LNG）从LNG气瓶4出来，通过EGR冷却器的天然气入口105进入EGR冷却器1，发动机8内的冷却液从发动机水泵出水口7流出，经过电子水阀门6后，从EGR冷却器的发动机冷却液入口104进入EGR冷却器1，天然气与发动机冷却液在EGR冷却器冷却液腔107中对向流动换热，低温液化天然气LNG吸热温度升高后，从EGR冷却器的天然气出口106出来，再前往发动机燃气喷射装置或其它零部件，如压力调节阀、天然气滤清器等。发动机冷却液与天然气换热后温度降低，从EGR冷却器的发动机冷却液出口103流出，前往发动机水泵进水口或发动机其它散热器。
发动机EGR废气来自天然气发动机8运行产生的高温发动机尾气，高温的EGR废气通过EGR废气出气口9，从EGR冷却器的废气入口101进入EGR冷却器1，与EGR冷却器冷却液腔107内流动的发动机冷却液对向流动换热后，EGR废气温度降低，并从EGR冷却器的废气出口102出来。由于高温的EGR废气中含有大量的气态水蒸气，EGR废气温度降低后，会产生液态水，从EGR冷却器的废气出口102出来的EGR废气通过水气分离器2除去EGR废气中的水（包括气态水蒸气和液态水）后，再进入发动机进气管或其它需要EGR废气的零部件。与EGR废气换热后，发动机冷却液的温度会升高，可能会产生水蒸气，产生的水蒸气可通过安装在EGR冷却器的发动机冷却液出口103附近的放气接头110，释放至发动机散热器的膨胀水箱。
为了更好的控制换热后的天然气温度和EGR废气温度，本发明在EGR冷却器的天然气出口106下游，安装有天然气温度传感器10，测量从EGR冷却器的天然气出口106出来的天然气温度；在水气分离器2的下游安装有废气温度传感器3，测量除去了水的EGR废气温度。天然气温度传感器10和废气温度传感器3将测得的天然气温度和EGR废气温度转换成电信号并通过发动机连接线束11发送到发动机ECU5，发动机ECU5根据内部的软件设置，通过发动机连接线束11将控制电信号传送给电子水阀门6，电子水阀门6根据来自发动机ECU5的控制电信号，调节进入EGR冷却器1的发动机冷却液流量，从而将天然气温度和EGR废气温度的精确控制在合适范围内。
本发明的EGR冷却系统控制方法根据发动机负荷大时，发动机天然气消耗量大、EGR废气流量大、需要的发动机冷却液流量大，发动机负荷小时，发动机天然气消耗量小、EGR废气流量小、需要的发动机冷却液流量小这一原理实施，基本方法和具体控制策略，如图3逻辑框图所示：
① 在发动机ECU5内部软件中，预先设置天然气温度控制和EGR废气温度控制的优先级。
② 当控制程序指令开始12，废气温度传感器3测量EGR废气温度，当发动机ECU5判断EGR废气温度偏高13时，发动机ECU5判断天然气温度传感器10测得的天然气温度，若天然气温度偏低14，则发动机ECU5向电子水阀门6发出电信号指令，增加电子水阀门6的开度17，提高进入EGR冷却器1的发动机冷却液流量，从而实现提高天然气温度、降低EGR废气温度。若天然气温度传感器10测得的天然气温度处于正常范围或偏高，则依据发动机ECU5根据内部软件预先设置的温度控制优先级，来判断如何调节天然气温度或EGR废气温度，并向电子水阀门6发出相应的电信号指令，电子水阀门6根据来自发动机ECU5的电信号指令，执行相应的根据优先级确定电子水阀门的动作15：减小电子水阀门的开度16或者增加电子水阀门的开度17，结束控制程序指令18。
③ 当发动机ECU5判断废气温度传感器3测得的EGR废气温度处于正常范围或偏低时发动机ECU5判断天然气温度传感器10测得的天然气温度，若天然气温度处于正常范围或偏高，则发动机ECU5向电子水阀门6发出电信号指令，减小电子水阀门的开度16，减少进入EGR冷却器1的发动机冷却液流量，从而实现降低天然气温度、提高EGR废气温度。若天然气温度传感器10测得的天然气温度偏低14，则依据发动机ECU5根据内部软件预先设置的温度控制优先级，来判断如何调节天然气温度或EGR废气温度，并向电子水阀门6发出相应的电信号指令，电子水阀门6根据来自发动机ECU5的电信号指令，执行相应的根据优先级确定电子水阀门的动作15，减小电子水阀门的开度16或者增加电子水阀门的开度17，结束控制程序指令18。
④ 天然气温度传感器10和废气温度传感器3实时测量天然气温度和EGR废气温度，发动机ECU5实时控制电子水阀门6的开度，使得进入EGR冷却器1的发动机冷却液得到持续的调节和控制，从而使天然气温度和EGR废气温度得到精确控制并处于合适的范围内。
本发明采用一种可同时进行天然气、废气和发动机冷却液三种介质换热的新型换热装置，即一种新型的废气再循环EGR冷却器1，通过发动机ECU5控制电子水阀门6，调节电子水阀门6的开度，实现对参与换热的发动机冷却液流量进行控制，从而使发动机正常运行，冷却系统结构紧凑、成本低、控制精度较高。