Lng/柴油双燃料发动机天然气电控系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种LNG/柴油双燃料发动机天然气电控系统，包括燃气供给系统、空气供给系统、混合器和控制系统，燃气供给系统包括电磁阀和喷射阀，空气供给系统包括增压器；控制系统包括转速传感器、油门齿条位置传感器、冷却水温传感器、排气温度传感器、进气压力传感器、燃气压力传感器、模式选择开关、ECU、指示灯；转速传感器、油门齿条位置传感器、冷却水温传感器、排气温度传感器、进气压力传感器、燃气压力传感器、指示灯、电磁阀、喷射阀、模式选择开关分别连接到ECU。该系统结构简单，改造方便，实现了双燃料模式和纯柴油模式之间平稳切换。
【专利说明】
LNG/柴油双燃料发动机天然气电控系统
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种LNG/柴油双燃料发动机，特别是指一种LNG/柴油双燃料发动机天然气电控系统。
【背景技术】
[0002]随着石油资源的日益缺乏以及各国环保法规越来越严格，天然气以其价格低廉、资源丰富、清洁高效的特点在代用燃料方面将拥有广阔的市场前景。在世界发达国家中，天然气在能源结构中的比例已经高达24%左右。现在天然气在世界范围内正经历着一个快速发展的时期。根据相关预测，在未来的几十年内，天然气在全球范围内的能源结构中所占比重将不断加大，天然气的广泛应用将成为趋势。
[0003]近年来，通过采用提高压缩比、多点喷射、涡轮增压等发动机新技术，天然气发动机在动力性能方面与传统汽柴油发动机已经相差无几。而且由于使用天然气燃料能直接有效地降低航运费用、减小污染，因此天然气/柴油双燃料发动机作为天然气在船舶上的重要应用越来越受到国内外柴油机生产厂商的重视，随着天然气产业基础配套设施的完善，双燃料发动机将得到更广泛的应用。采用新能源作为船舶动力的主要来源，积极开发新能源动力装置和新能源动力船舶是应对低碳经济发展趋势的中长期解决方案。
[0004]为了克服引燃柴油量不能灵活控制的缺陷，授权公告号为CN204003120 U，名称为“双燃料发动机电控系统”的实用新型专利公布了一种双燃料电控系统;该系统电控单元与高压截止阀和步进电机阀以及油量限制机构相连，天然气量和引燃柴油量都可以灵活控制，排放指标好，启动、怠速时以纯柴油工作，当转速超过某一设定值时，发动机的控制系统发出指令，使其自动转换为双燃料工作方式。但是，首先，该系统油量控制和燃气控制集中在一个控制单元中，不但控制复杂，其自身稳定性需要进一步验证;其次，其运行模式转换只考虑到了发动机转速，并未考虑发动机其他工况，如排气温度等，以及燃气压力是否符合喷射要求，并且未考虑到发动机运行状态异常时报警退出功能。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种LNG/柴油双燃料发动机天然气电控系统，能够保证发动机在双燃料模式和纯柴油模式之间平稳切换。
[0006]为实现上述目的，本实用新型所设计的LNG/柴油双燃料发动机天然气电控系统包括燃气供给系统、空气供给系统、混合器和控制系统，所述燃气供给系统包括电磁阀和喷射阀，所述空气供给系统包括增压器;所述控制系统包括转速传感器、油门齿条位置传感器、冷却水温传感器、排气温度传感器、进气压力传感器、燃气压力传感器、模式选择开关、ECU、指示灯(包括允许喷气指示灯和报警指示灯等)；所述转速传感器、油门齿条位置传感器、冷却水温传感器、排气温度传感器设置在发动机本体上;所述进气压力传感器设置在增压器上，所述燃气压力传感器设置在喷射阀前的天然气管路上;所述转速传感器、油门齿条位置传感器、冷却水温传感器、排气温度传感器、进气压力传感器、燃气压力传感器的测量信号输出端与ECU的测量信号输入端相连;所述ECU的控制信号输出端与指示灯、电磁阀、喷射阀的控制信号输入端相连;所述模式选择开关的控制信号输出端与ECU的控制信号输入端相连。该系统只在允许喷气指示灯亮的情况下才能手动切换运行模式进入双燃料模式，且具有自检功能。在系统初始化时对部分传感器和天然气喷射阀进行自检，若检测到故障时发出报警信号并禁用双燃料模式。
[0007]优选地，所述ECU包括PLC和单片机，所述PLC和单片机通过电平转换器相连。前述各传感器、指示灯、电磁阀、喷射阀和模式选择开关连接到PLC上。由于PLC—般为RS485接口，单片机一般为TTL接口，因此PLC与单片机之间需要通过TTL电平转485转换器进行转接。PLC负责接收传感器数据并控制执行器;单片机负责运行控制策略。进一步地，所述单片机为Arduino ,Arduino是32位单片机，具有运行速度快，响应时间短的优点。进一步地，所述电平转换器采用NS485-1V，NS485-1V是TTL电平与RS-485信号互转的接口转换器，具有体积小、传输距离远、速率高、性能稳定等特性。
[0008]可选地，所述燃气供给系统还包括LNG储罐、气体总阀、汽化器、滤清器、减压阀、缓冲罐，所述LNG储罐、气体总阀、汽化器、滤清器、减压阀、缓冲罐、电磁阀、喷射阀和混合器依次相连;所述空气供给系统还包括空滤器，所述空滤器、增压器、混合器依次相连。燃气供给系统中天然气依次经过LNG储罐、气体总阀、汽化器、滤清器、减压阀、缓冲罐、电磁阀、喷射阀，最后在混合器中与空气混合喷入柴油机气缸中。
[0009]本实用新型的有益效果是:I)结构简单，改造方便，实现了天然气替代柴油燃烧，柴油机工作在70%?75%负荷、双燃料模式下替代率不低于70% ; 2)ECU处理能力强，运行稳定，系统具有故障自检功能，在发动机不具备使用双燃料条件或发生系统故障时能自动从双燃料模式切换回纯柴油模式，同时关闭天然气喷射阀；3)通过精确控制天然气占空比，保证了发动机在双燃料模式和纯柴油模式之间平稳切换，在模式切换时发动机转速未发生较大波动，在正常情况下未出现天然气量供给的较大波动。
【附图说明】
[0010]图1为本实用新型所设计的LNG/柴油双燃料发动机天然气电控系统的结构示意图。
[0011]图2为图1中E⑶的结构示意图。
[0012]其中:LNG储罐1、气体总阀2、汽化器3、滤清器4、减压阀5、缓冲罐6、电磁阀7、喷射阀8、混合器9、燃气压力传感器10、发动机本体11、转速传感器12、油门齿条位置传感器13、冷却水温传感器14、排气温度传感器15、E⑶16、进气压力传感器17、模式选择开关18、增压器 19、空滤器20、指示灯21、PLC 22、Arduino 23
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
[0014]如图1?2所示，本实用新型所设计的LNG/柴油双燃料发动机天然气电控系统，包括燃气供给系统、空气供给系统、混合器9和控制系统。
[0015]燃气供给系统包括依次相连的LNG储罐1、气体总阀2、汽化器3、滤清器4、减压阀5、缓冲罐6、电磁阀7和喷射阀8，喷射阀8连接至混合器9。
[0016]空气供给系统包括增压器19和空滤器20，空滤器20、增压器19、混合器9依次相连。
[0017]控制系统包括转速传感器12、油门齿条位置传感器13、冷却水温传感器14、排气温度传感器15、进气压力传感器17、燃气压力传感器10、模式选择开关18、E⑶16和指示灯21。指示灯21包括允许喷气指示灯和报警指示灯。其中，模式选择开关18、指示灯21安装在控制柜面板上。转速传感器12、油门齿条位置传感器13、冷却水温传感器14、排气温度传感器15安装在发动机本体11上。进气压力传感器17设置在增压器19上，燃气压力传感器10设置在喷射阀8前的天然气管路上。
[0018]ECU 16包括PLC 22和Arduino 23，二者之间采用NS485-1V实现TTL电平与RS-485信号互转。转速传感器12、油门齿条位置传感器13、冷却水温传感器14、排气温度传感器15、进气压力传感器17、燃气压力传感器10的测量信号输出端与PLC 22的测量信号输入端相连。PLC 22的控制信号输出端与指示灯21、电磁阀7、喷射阀8的控制信号输入端相连。模式选择开关18的控制信号输出端与PLC 22的控制信号输入端相连。
[0019]上述LNG/柴油双燃料发动机天然气电控系统工作时，当允许喷气指示灯亮时，且模式选择开关18打到双燃料模式时，ECU接到到模式切换信号，根据当前柴油机运行状态，发出执行指令，喷射阀8开启，实现运行模式的切换。当发动机在双燃料模式下运行状态异常，或者运行状态不满足双燃料模式要求的情况，ECU发出报警信号，并发出执行指令，报警指示灯亮，喷射阀8关闭，实现从双燃料模式切换到纯柴油模式。在双燃料模式下，当人为想切换运行模式时，将模式选择开关18打到纯柴油模式，ECU收到控制指令后对喷射阀8发出控制指令，喷射阀8关闭，完成模式切换。
【主权项】
1.一种LNG/柴油双燃料发动机天然气电控系统，包括燃气供给系统、空气供给系统、混合器(9)和控制系统，其特征在于: 所述燃气供给系统包括电磁阀(7)和喷射阀(8)，所述空气供给系统包括增压器(19); 所述控制系统包括转速传感器(12)、油门齿条位置传感器(13)、冷却水温传感器(14)、排气温度传感器(15)、进气压力传感器(17)、燃气压力传感器(10)、模式选择开关(18) NECU(16)、指示灯(21); 所述转速传感器(12)、油门齿条位置传感器(13)、冷却水温传感器(14)、排气温度传感器(15)设置在发动机本体(11)上； 所述进气压力传感器(17)设置在增压器(19)上，所述燃气压力传感器(10)设置在喷射阀(8)前的天然气管路上； 所述转速传感器(12)、油门齿条位置传感器(13)、冷却水温传感器(14)、排气温度传感器(15)、进气压力传感器(17)、燃气压力传感器(10)的测量信号输出端与ECU( 16)的测量信号输入端相连;所述ECU(16)的控制信号输出端与指示灯(21)、电磁阀(7)、喷射阀(8)的控制信号输入端相连;所述模式选择开关(18)的控制信号输出端与ECU(16)的控制信号输入端相连。2.根据权利要求1所述的LNG/柴油双燃料发动机天然气电控系统，其特征在于:所述E⑶包括PLC( 22)和单片机，所述PLC( 22)和单片机通过电平转换器相连。3.根据权利要求2所述的LNG/柴油双燃料发动机天然气电控系统，其特征在于:所述单片机为Arduino(23)。4.根据权利要求2所述的LNG/柴油双燃料发动机天然气电控系统，其特征在于:所述电平转换器采用NS485-1V。5.根据权利要求1?4中任一项所述的LNG/柴油双燃料发动机天然气电控系统，其特征在于:所述燃气供给系统还包括LNG储罐(1)、气体总阀(2)、汽化器(3)、滤清器(4)、减压阀(5)、缓冲罐(6)，所述LNG储罐(1)、气体总阀(2)、汽化器(3)、滤清器(4)、减压阀(5)、缓冲罐(6)、电磁阀(7)、喷射阀(8)和混合器(9)依次相连;所述空气供给系统还包括空滤器(20)，所述空滤器(20)、增压器(19)、混合器(9)依次相连。
【文档编号】F02D41/00GK205445809SQ201620243589
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月28日
【发明人】李煜辉, 肖华星
【申请人】武汉理工大学