专利名称：具有以液态形式储存的气体燃料的双引擎系统的制作方法
技术领域：
本发明公开了一种具有以液态形式储存的气体燃料的双引擎系统。在具体的实施方式中，气体燃料是在低温下以液态形式随车储存在交通工具上的天然气。公开的方法和装置还涉及防止将蒸发气体释放到大气中。
背景技术：
使用内燃机来产生动力和驱动机器已经超过一个世纪。历史上，汽油和柴油已经是优选的燃料选择，因为它们是丰富、便宜并且易于储存的。虽然将天然气用作用于交通工具的燃料已经超过五十年，但是广泛应用已出于各种原因而受到限制，所述各种原因包括燃料储存密度、基础设施、燃料可用性以及与常规的由液态燃料供给的运输工具相比通常更高的资本成本。然而，替代性的燃料选择因为一些因素而受到加倍关注，这些因素包括改变经济条件、期望减少污染以及期望减小对逐渐减少且越来越昂贵的石油资源的依赖性。用天然气或在内燃机中可燃的且在大气压力和温度下为气相的其他气体燃料来替代液态燃料具有许多优点。天然气本身是可燃气体的混合物，但是其主要是甲烷。其他的气体燃料包括乙烷、丙烷以及其他较轻的可燃碳氢化合物衍生物和氢以及其混合物。例如，已经将氢与天然气的混合物用作用于内燃机的燃料，并且这种混合物有时称为“氢能压缩天然气燃料”(“HCNG”)。相比于常规的液体燃料，公开的气体燃料通常更清洁地燃烧并且能够从可再生资源产生。天然气是目前能够获得的最丰富的气体燃料之一，并且在本公开所探讨的示例中天然气被命名为燃料，但是本领域的技术人员将理解的是，公开的主题可由在公开的内燃机中可燃的任何适当的气体燃料所利用。在过去，大多数由天然气供燃料的交通工具(“NGV”)是自然熏蒸的，S卩，不直接将天然气引入到汽缸中，而是喷射到进气歧管中，在该进气歧管中，燃料与进气混合并且借助于进气输送到汽缸中，进入通过进气口并且打开进气阀。相比于在压缩冲程末期直接将燃料喷射到燃烧室中的引擎中，需要克服进气歧管中的压力的喷射压力是相对低的。因此，用于自然熏蒸的NGV的燃料供给系统是相对简单的。将燃料保持在液态天然气(LNG)储存罐中并且从其供给，所述液态天然气储存罐具有刚好在引擎入口压力之上的工作压力，或者将燃料保持在压缩天然气(“CNG”)储气瓶中并且通过压力调节器从其供给，所述压力调节器将压力降低至期望的喷射压力。CNG通常在至多250bar的压力下以环境温度储存，但是CNG的缺点是相比于传统的液体燃料或LNG较低的能量密度以及通常与CNG储存罐相关联的相对重的重量，需要将CNG储存罐设计成承受高的储存压力。另一方面，通常在大约_160°C与_130°C之间的温度下并且相比于CNG在较低的压力下、例如在小于IObar并且通常在大约2bar与8bar之间来储存LNG，LNG具有大约是CNG的能量密度的四倍的能量密度。LNG储存罐提供用于将足够体积的天然气随车储存在NGV上的适当的装置。然而，将LNG用作燃料供给把一些复杂之处引入到燃料处理和供给系统中。一个复杂之处在于，在将液态天然气供给至引擎之前必须将其加热并且转化成气态形式。同样地，为了以液态形式储存这种燃料，必须将其保持为低温，这需要储存罐是隔热的以减少将热量传递到储存空间中。然而，因为低温储存罐需要用于填充和分配燃料的结构元件和管道系统，因此始终存在将一定数量的热量传递到储存空间中，并且当热量被储存的液态气体吸收时，液态气体中的一部分能够转化成具有比液态气体更低的密度的蒸汽，从而引起储存压力的增加。该蒸汽作为蒸发气体(“BOG”)是已知的并且需要将其重新液化或从储存空间中移走以防止储存压力升高到储存罐的压力极限之上。如果BOG的压力高于进气压力，一些熏蒸引擎能够获取BOG并且将其喷射到进气歧管或进气口中。已经发展了用于NGV的新型的、更有效的引擎，在下文中被称作高压直接喷射(“HPDI”)引擎，该高压直接喷射引擎在压缩冲程的后期在高压下喷射气体燃料以尽量赶上柴油引擎的性能和效率。用于HPDI引擎的燃料喷射压力典型地为至少200bar。为了将储存的液态气体的压力从储存压力升高至至少200bar，通常使用低温泵。需要适当的驱动器以驱动该增压系统中的低温泵。在运输工具应用中，驱动器典型地由电马达推动或借助于通过工作流体传递至泵驱动器的动力以液压的方式被推动。在后者的情况下，液压动力通常从交通工具引擎中得到，交通工具引擎本身由来自LNG储存罐的天然气燃料来供给。由于HPDI引擎所需要的高压喷射压力，这种引擎不能够使用从储存罐排放的B0G,因为BOG压力太低并且将蒸汽压缩至用于直接喷射到燃烧室中所需要的高压而言是无效且不实际的。对于HPDI引擎而言，已使用若干方法来减少BOG的数量，这些方法包括:减小传递到储存罐中的热量、设计如在共有的美国专利N0.5，884，488中所公开的能够泵送蒸汽和液态气体两者的泵、将BOG引入到引擎的进气歧管中以补偿直接喷射到燃烧室中的一部分燃料，以及通过在加热器或一些其他的非引擎装置中燃烧B0G。借助于一部分所述方法，有时，仍然能够有少量的BOG不能够针对有用应用，从而导致BOG从储存罐中排放。需要组织BOG的排放，因为这意味着浪费，同时也构成排放和安全问题。
发明内容
对于使用由以液态形式储存的气体燃料供燃料的HPDI引擎的交通工具而言，利用单独的、辅助熏蒸内燃机是有利的，例如以便为低温燃料泵或燃料供给系统中的其他部件提供机械驱动。然而，HPDI主引擎需要高压气体，辅助熏蒸引擎能够由BOG供燃料。熏蒸引擎的效率通常低于HPDI引擎的效率，但是如果辅助引擎比主引擎小得多并且辅助引擎为BOG提供有用的应用，那么这能够是适当的。也就是说，整个运输工具的总效率仍然能够是高的，因为大多数的动力需要通过HPDI主引擎来满足并且没有浪费B0G。此外，辅助引擎能够代替更复杂且容易出现维修问题的液压系统，这引起整个系统的简化以及提高的可靠性。用于这种交通工具的由气体燃料供给的双引擎系统因而包括低温燃料储存罐，该低温燃料储存罐是隔热的以将气体燃料保持为液态形式。储存罐具有第一出口和第二出口，其中，第一出口与储存罐的下部部分相联接以用于传送液态形式的气体燃料，第二出口与储存罐的上部部分相联接以用于传送汽化的气体燃料。系统还包括:低温泵，该低温泵包括流体地连接至储存罐的第一出口的吸入口 ；用于低温泵的驱动器，该驱动器包括动力供给装置；以及汽化器，该汽化器具有流体地连接至低温泵的排出口的入口。气体燃料从汽化器出口导向第一引擎中的一个或多个燃料喷射器，该第一引擎为高压的、直接喷射的由气体燃料供给的内燃机，在该内燃机中，燃料喷射器在高于200bar以及更优选地在至少250bar的喷射压力下将气体燃料直接喷射到燃烧室中。交通工具还包括第二引擎，该第二引擎是熏蒸的由气体燃料供给的内燃机，该内燃机包括用于将气体燃料喷射到进气歧管中的燃料喷射器，进气歧管将进气传送至第二引擎的燃烧室。供给至第二引擎的气体燃料能够从储存罐的第二出口提供。第二熏蒸引擎是用于低温泵驱动的动力供给装置。在示例性的使用中，将系统安装在具有第一直接喷射引擎的运输工具上，该第一直接喷射引擎是运输工具的机动动力的主要来源并且因而尺寸设计成用于发动目的。用在这种运输工具中的优选的气体燃料是天然气。第二熏蒸引擎可以包括进气通道中的节流阀以及在其燃烧室中用于引燃气体燃料的火花塞。如所提到的，第二熏蒸引擎为低温泵驱动器提供动力并且因而尺寸典型地设计成用于此目的。然而此外，第二熏蒸引擎能够是用于附加的辅助设备一例如，举例来说，水泵/冷却剂泵、空调、制冷装备、液压驱动器、或发电机一的动力供给装置。在这样的其他的实施方式中，辅助引擎优选地用来为在交通工具不运动时也能够运行的设备提供动力，使得其借助于辅助引擎来驱动，不必使对轻载荷可能不太高效的较大的直接喷射引擎运行。由气体燃料供给的双引擎系统能够附加地包括蓄能器，该蓄能器与汽化器出口流体地连通以储存已通过低温泵抽吸成高压的汽化气体。蓄能器用来减少汽化的天然气中的压力波动。如果BOG的供给不足以使第二熏蒸引擎按照期望的方式运转，那么熏蒸引擎的燃料入口也能够流体地连接至蓄能器和/或汽化器出口以便补充可用的B0G。因为该燃料源处于相对高的压力下，对于该方法通常需要进行减压。例如，系统还能够包括与此相关联的管道系统和减压阀以用于将气体燃料的一部分从蓄能器或从汽化器出口下游的另一位置导向至第二引擎。替代性地，系统可以包括第二汽化器，该第二汽化器的入口与储存罐的下部部分中的液态燃料直接地流体地连通并且该第二汽化器的出口流体地连接成将汽化的气体燃料供给至第二引擎。如果该实施方式中的汽化的燃料处于相对低的压力下并且对于该方法，能够将燃料在不需要同样多的减压的情况下就直接供给至第二引擎。燃料供给系统中的低温泵能够为往复式活塞泵。然而，熏蒸引擎能够直接驱动往复式活塞泵，从而不需要液压管道、储液器等等。此外，熏蒸引擎的速度能够根据燃料喷射引擎的需要来进行控制。否则将会是从第二熏蒸引擎产生的废热能够用来使系统中的任何汽化器中的液态的气体燃料汽化。一种方法将冷却剂子系统用于辅助熏蒸引擎，该冷却剂子系统包括与汽化器中的一个热连通的冷却回路。在另一方法中，第二引擎以物理的方式与汽化器中的一个热接触，使得由第二引擎产生的热量通过传导而传递至汽化器。在具体的实施方式中，公开的由气体燃料供给的双引擎系统为交通工具提供动力并且该系统包括第一引擎，该第一引擎是在运输工具运动时平均提供系统的至少90%的总动力输出的高压直接喷射内燃机。因为需要的动力输出将根据例如为交通工具载荷、速度以及诸如由地形或风引起的运动阻力而发生改变，有些时候，第一引擎将提供更大比例的动力，其他时候，当该比例较低时，运输工具是滑行的。然而，平均上，第一引擎将是提供大部分动力的引擎。在该系统中，第二引擎是熏蒸内燃机并且平均提供系统的至多约10%的总动力输出。燃料储存罐在低温下以液态形式储存气体燃料，并且低温泵和管道系统将燃料储存罐的下部部分连接至燃料喷射器以用于将燃料直接喷射到第一引擎的燃烧室中。附加的管道系统将燃料储存罐的上部部分连接至低压燃料喷射器以将气体燃料喷射到与第二引擎的燃烧室相联接的进气歧管或进气口中。公开的装置特别适合用在较大的运输装置中，例如船舶、机车或诸如越野矿用卡车的大卡车。
图1示出了具有以液态形式储存的气体燃料的现有技术的HPDI单引擎系统的示意图，该单引擎系统具有借助于由引擎机械地驱动的液压马达来驱动的低温泵。该类型的系统与在共有的美国专利N0.5，884，488中所公开的系统相似。图2为具有以液态形式储存的气体燃料的双引擎系统的示意图，该双引擎系统具有借助于由气体燃料供燃料的辅助熏蒸内燃机来驱动的低温泵。该实施方式包括用于辅助熏蒸引擎的冷却剂子系统，其中，该冷却剂子系统包括与汽化器热连通的冷却回路。图3是具有以液态形式储存的气体燃料的双引擎系统的示意图，该双引擎系统具有借助于由气体燃料供燃料的辅助熏蒸内燃机来驱动的低温泵。示出的实施方式示出了用于补充供给至辅助熏蒸内燃机的燃料的若干可选方案；来自蓄能器或高压汽化器或第二低压汽化器。
具体实施例方式公开的双引擎系统包括用于发动目的的燃料喷射HPDI内燃机，其中，该燃料喷射HPDI内燃机由以液态形式随车储存的气体燃料供燃料。燃料供给系统将储存的液态气体转化成气态形式并且将其在用于直接喷射到HPDI内燃机的燃烧室中的喷射压力下进行传送。例如，如果液态的气体燃料是天然气，那么在大约-130摄氏度与-160摄氏度之间的储存压力通常小于大约lObar。用于HPDI内燃机的喷射压力典型为至少200bar。在典型系统中，卸压阀的设定值能够是大约17bar (大约250磅/平方英寸)。根据公开的系统，将也由气体燃料供燃料的单独的辅助熏蒸内燃机用来驱动燃料供给系统中的低温泵。能够在典型地大约为5bar、并且通常小于IObar的压力下将气体燃料传送至辅助熏蒸内燃机。因此，虽然低温泵能够用来将储存的液态燃料有效地传送至HPDI引擎，但是储存压力对于BOG是太低的以至于在没有使用远不如低温泵有效率的压缩机的情况下BOG不能由HPDI引擎使用。然而，储存压力方便地足够用于将燃料传送至辅助熏蒸内燃机，并且辅助熏蒸内燃机的稳定运转有助于将储存罐之内的蒸汽压力维持在卸压阀的设定值之下。以此方式，公开的双引擎系统有效地使用来自低温燃料储存罐的BOG。辅助引擎代替了现有技术的驱动器，诸如更复杂且容易出现维修问题的液压系统或电子驱动器(它们并不优选用于常规交通工具，因为需要大的交流发电机来提供足够的电力)。因此，公开的双引擎系统能够引起系统简化以及改进的总体可靠性。如果天然气是供给燃料，那么公开的双引擎系统尤其适合用在较大的交通工具中，例如船舶、火车机车或矿用卡车。为了比较，图1示出了用于交通工具的现有技术的单引擎系统的示意图，其中，该单引擎系统由以液态形式储存的气体燃料供燃料。交通工具包括低温储存罐30、液压泵驱动器32、低温泵2、汽化器34、蓄能器36以及直接喷射内燃机38。液压泵32将液压流体传送至驱动低温泵2的汽缸。虽然在该示意图中未示出液压泵32与引擎38之间的连接，但是典型地，液压泵32例如通过传动带机械地耦联至引擎38，由此液压泵32由引擎38机械地驱动。该设置的缺点在于，存在由与将机械能转化成液压能并且然后将液压能转化回机械能以驱动低温泵2相关联的能量损失所引起的低效率。由于引擎38与液压泵32之间的带传动，存在由在低温泵空转时导致寄生载荷的持续耦联所引起的额外的能量损失。根据在图1中所示出的现有技术系统，在正常运转期间，低温泵2从储存罐30中汲取蒸汽与液体的混合物。隔热的抽吸管道31不仅连接至罐底部附近的液相区域，而且也通过管道33连接至储存罐30上部中的气相区域。随着更多的蒸汽导向低温泵2，泵送效率以及从泵流出的质量流率减小，因此，当需要高的质量流率时，电磁阀39用作截止阀来停止蒸汽的任何流动，并且当电磁阀39打开时，计量阀40操作用于控制导向低温泵2的蒸汽的量。在该现有技术的系统中，低温泵2优选为多级泵，其中，该多级泵包括比用于再压缩蒸汽的其他级的体积更大的进口级以及当对多于蒸汽的液体进行处理时用于使汲取到泵中的过多的流体返回的装置。从低温泵2流出的流体为泵送至汽化器34的超临界流体，其中，该汽化器34为加热超临界流体以使其汽化的热交换器。离开汽化器34的燃料作为压缩的天然气储存在蓄能器36中。蓄能器确保在期望的喷射压力下引擎38能够获得气体燃料的稳定供给。低温泵2能够位于储存罐30的外部或在其他的实施方式中(未图示)能够安装在储存罐之内。图1也示出了诸如气体管道45的其他管路，该气体管道45在美国专利N0.5，884，488中被更加详细地描述，但是在正常运转期间，电磁阀7正常地关闭。气体管道45涉及用于减少将低温泵2冷却至其运转压力所需要的时间的特征，但是这是不涉及到作为本公开的主题的发明的特征。用于汽化器34的热量通常从流过管路50的冷却剂中获得，其中，管路50连接至用于减少直接喷射引擎38的热量的冷却系统。对燃料供给系统中的所有的不同部件的控制由已编程的计算机控制器43来提供，并且该计算机控制器通过虚线示出的信号线发出指令。如对引擎技术领域的技术人员已知的，控制器43也从测量不同的系统参数和操作者输入的传感器接收数据输入，使得控制器43发送响应于这些输入的指令。在示出的简化的示意图中，大多数指令信号线、传感器以及操作者输入未示出，但是示出压力传感器5来代表传感器输入。压力传感器5测量燃料的压力，使得控制器43能够确定何时需要更多的燃料以及何时使低温泵2运转。图2是用于由以液态形式随车储存的气体燃料供燃料的交通工具的双引擎系统的示意图。为了简化与图1中所示出的系统的比较，在图2中的相同元件用相同的附图标记来识别。如果标记相同的元件以已关于图1描述的大致相同的方式运行，为了避免重复，除非有助于对在图2中示出的系统的说明，否则在对图2中示出的系统进行描述时不会重复描述标记相同的元件。不同于在图1中所示出的系统，其中，该系统需要管道系统和阀来控制蒸汽向低温泵2的流动，该低温泵优选地为能够有效地处理液体和蒸汽的混合物的多级泵，该多级泵具有用于使过多的流体返回的装置，在图2中所示出的系统具有更简单的管道系统并且能够使用仅需要处理液体的更简单的泵。在图2中，引擎38仍然用作为发动目的提供动力的主引擎并且为直接喷射HPDI内燃机。然而，引擎38不为该系统提供全部动力，其中，该系统还包括用来给低温泵2提供动力的辅助熏蒸内燃机52来代替在图1中示出的现有技术系统所使用的液压泵。像图1 一样，图2是示意性的表示并且因此系统元件没有按比例进行绘制。辅助熏蒸内燃机52优选地比HPDI内燃机38小得多。这是因为用于发动目的的动力需求比用于低温泵的动力需求大得多，对一些系统而言，用于低温泵的动力需求通常至多为系统所需要的总动力的大约2%至3%。对于HPDI内燃机而言，大于辅助熏蒸引擎也是更有利的，因为这些类型的引擎之间的根本差异能够使HPDI内燃机比辅助熏蒸引擎更有效地向交通工具提供动力。在交通工具应用中，用于汽化器34的热量的主要来源可以来自直接喷射主引擎38并且可以通过使用适当的热交换子系统(未图示)来进行交换。然而，来自辅助熏蒸引擎52的废热也可以适当地用来使汽化器34中的燃料汽化。图2示出了用于使用包括冷却回路56的冷却系统来实现所述目的的一个可选方案。在此，来自辅助引擎52的热的冷却剂通过冷却回路56循环至汽化器34并且一旦冷却剂的热量被适当地交换则再次返回。该示意图简单地示出了经由流过管道56的冷却剂流体将热量从辅助熏蒸引擎52传递至汽化器54，但是本领域的技术人员将理解的是，在可行的实施方式中，冷却剂管道系统将是包括泵的较大的冷却系统的一部分，所述泵用于将冷却剂流体泵送至与引擎52和38相联接的冷却套管以及需要冷却的任意其他设备，以用于减少其热量并且将该热量传递至汽化器以及需要加热的其他设备，或者传递至用于消散过剩热量的设备。公开的系统的优点在于，辅助熏蒸引擎52所产生的热量能够被其他的例如为汽化器34的设备有效地利用。在图2中，使用辅助熏蒸内燃机52有助于排除对液压泵32以及对驱动低温泵2所需要的所有高压液压管道系统和阀的需要。因为通过燃料管道54传送至辅助熏蒸内燃机52的燃料处于相对低的压力下、即处于循环通过冷却剂管道56的引擎冷却剂的压力下，并且因为熏蒸引擎是已知为耐用的成熟技术，在图2中示出的公开的系统与例如在图1中示出的高压液压系统相比能够是更便宜且更可靠的。虽然引擎技术领域的技术人员将理解熏蒸引擎不如HPDI引擎有效，然而对于公开的使用了与熏蒸引擎结合的较大的HPDI引擎的双引擎系统，对整个系统效率的影响并非仅基于HPDI引擎与熏蒸引擎之间的效率差异。在较大的诸如机车、船舶以及大型越野矿用卡车的交通工具中，具有对较轻负载而言与较大的主引擎相比更有效地运行的辅助动力单元能够是有利的。在公开的双引擎系统中，特别是当燃料是以液态形式随车储存的气体燃料时，通过将作为主引擎的HPDI引擎与作为辅助引擎的熏蒸引擎相结合而产生一些特定优点。在公开的系统中，这些优点中的一些也是弥补熏蒸引擎的较低的效率的因素。这些优点和因素中的一些包括:(a)熏蒸引擎对整个系统的动力贡献是相对小的，从而限制了熏蒸引擎的较低效率的影响；(b)消除了用于低温泵的液压驱动以及与在液压驱动器中将主引擎的机械能转换成液压能以及随后在低温泵中将液压能转换回机械能相关联的能量损失；(c)由于可以以其他的方式从储存罐排放的废B0G，能量损失减少；(d)与更简单的系统相关联的降低的维修成本，具体地，将熏蒸引擎与液压驱动器相比较，以及将仅处理液体的低温泵与能够处理液体和蒸汽两者的低温泵相比较；以及(e)通过使用从辅助引擎恢复的热量来改进汽化器34的性能和效率而获得的性能利益。在该系统中，低温储存罐30设计成将液态的气体燃料保持在允许BOG具有足够高到使其由辅助熏蒸内燃机52使用的压力的压力下。对于像这样的储存罐，用于触发卸压设备的设定值能够设置在大约17bar。不同于诸如在图1中所示出的单引擎系统，其中，在例如小于5bar的最低的实际压力下储存燃料以减小将任何蒸发气体排放至大气的可能性是更合乎需要的，对于在图2中示出的系统，将蒸汽压力维持在正常储存压力范围的上端附近、例如维持在大约IObar是更合乎需要的，因为通过辅助引擎对蒸汽的稳定使用，减小了储存压力升高至卸压阀的设定值的可能性。在一些实施方式中，设计具有较高的压力等级的储存罐是合乎需要的，作为交换接收一些额外的重量，以允许较高的储存压力以及卸压阀的较高的设定值。然而，将储存罐30之内的正常运转压力的上限优选地保持在燃料补给站中的燃料的正常饱和压力之下，以便在重新填满车载的储存罐之前减小从其的排放。此夕卜，优选地是，将熏蒸引擎设计成能以低燃料供给压力操作以确保其在启动时便具有足够燃料。此外，在一些实施方式中，也能够利用压力构建回路。为了简化示出公开的系统，图2未示出全部的压力调节器或简单的压力构建回路、或简单的低压泵，其中，全部的压力调节器或简单的压力构建回路或简单的低压泵能够用在本发明的不同的实施方式中。这种压力构建回路对本领域中的技术人员是已知的，因为熏蒸引擎在单引擎系统中是众所周知的。此外，BOG可能对于由引擎52立刻使用表现为是太冷的，必要时可将适当的热交换装置用来对其进行加热。再者，这种硬件对于熟悉单引擎系统的技术人员也是众所周知的。汽化器34通常位于靠近低温泵2。在另一实施方式(未图示)中，因为辅助熏蒸引擎52是相对小的，因此其能够与汽化器34热接触，使得存在从引擎至汽化器的传导的热传递，这能够对从一个或两个引擎循环至汽化器34的冷却剂进行补充。要注意违背传统的思维的是，在一定程度上引擎52的低效能够是有利的，以便额外的废热可用于汽化器34。BOG并非总能以充足的数量来满足辅助熏蒸内燃机52为对低温泵2提供动力以及用来提供动力的任何其他的附加设备所需要的要求。为了说明的目的，图3中的实施方式示出用于补充供给至辅助熏蒸引擎的燃料的若干不同的可选方案，但是本领域的技术人员将理解的是，可行的实施方式仅需要使用一个可选方案。一个可选方案在于经由管道55来提供补充的低压燃料，其中，管道55能够连接至蓄能器36。减压阀57将压力减小至用于传送至熏蒸辅助内燃机52所需要的较低压力。注意燃料管道54上的单向止回阀定向在与图1中的管道33上的止回阀相反的位置中。如同在图2的实施方式中示出的，单向阀阻止任何燃料流回到储存罐30中。本领域的技术人员将进一步理解的是，补充的低压燃料管道55不需要连接至蓄能器36并且能够连接至汽化器34与HPDI内燃机38之间的高压燃料管道的任何部分，例如，其能够连接至汽化器的例如通过管道59以及减压阀61示出的出口附近。然而，每当在储存罐中存在充足的蒸汽压力时，优选地从BOG传送用于辅助熏蒸引擎内燃机的燃料，因为这减小了对于排放的要求并且存在与将气体燃料抽吸成高压(如用于喷射到HPDI引擎38中所需要的)并且随后将其用于传送的压力减小至熏蒸引擎52所需要的压力相关联的一些低效率。在图3中示出的又一可选方案在于提供低压燃料管道62，该低压燃料管道与储存罐30的液体部分流体地连通并且通向第二汽化器63，以产生在能够由引擎52立刻使用的压力下的汽化的燃料。当像这样使用两个汽化器时，在一些实施方式中可有利的是，使其各自的热交换盘管通过同一热交换套管(未图示)，从而使两者彼此一体化并且减少了用于冷却剂的管道系统的数量。辅助熏蒸引擎52能够是简单节流的、火花点火式引擎、尺寸设计成用于给低温泵2提供动力。至泵2的驱动连接能够包括速度减小或改变设备并且能够典型地是机械的，但是也能够是液压的。(如果使用液压连接，该液压连接是自足式的，包括储液罐、泵以及在一体化单元中的控制装置，从而通过使用公开的双引擎系统仍然获得确定的效率益处)此外，辅助熏蒸引擎52能够是用于交通工具中的一个或多个附加的辅助设备——诸如气体探测系统、发电机、空调单元、水泵/冷却剂泵等等(未图示)——的动力供给装置。图2中所示出的系统的又一优点在于，因为辅助熏蒸引擎52是独立于直接喷射HPDI主引擎38的，因此辅助熏蒸引擎52能够用来仅在需要的时候驱动低温泵2，并且能够根据直接喷射HPDI引擎38的燃料需要来对辅助熏蒸引擎52的速度进行调节。对于在图1中示出的系统，如果液压驱动器32由直接喷射HPDI引擎38机械地驱动，那么针对HPDI主引擎38的载荷和燃料供应需求不能总是与速度相匹配。即，取决于引擎传动装置并且该引擎传动装置选定为齿轮传动装置，对相同的速度能够存在不同的引擎载荷。因此，就与在图1示出的单引擎系统相关联的该方面而言能够存在一些低效。在交通工具启动期间，辅助引擎52能够首先起动并且运行，以便加热用于传递至汽化器34的引擎冷却剂并且为低温泵提供动力以汲取液态气体以在将更高的流量传送至主HPDI引擎38之前对其进行预冷却。与单引擎系统相比较，本发明公开的双引擎系统需要附加的熏蒸引擎以及其他的相关联的硬件。虽然这通常可引起本领域的技术人员不考虑那种太复杂且低效率的系统，但是这未必是在本文中所描述的情况。本发明公开的系统以及在本文中公开的实施方式能够具有许多优点。难于将由引擎驱动的液压泵封装在发动主引擎上，并且通常需要用于液压流体的大的储液器。此外，大量的液压流体软管通常需要连接在液压泵32与低温泵2之间，其中，液压泵32需要靠近引擎38，低温泵2优选地位于燃料储存罐附近。事实上，在某些应用(例如，矿山运输卡车以及机车)中可能难以对液压流体软管规定路线、进行保护和支承。如果将多个小LNG低温泵用在交通工具中，那么会出现对更多液压流体软管的相应的需要。此外，现有技术的液压致动的低温泵以高的循环速率运行，这能够引起对常规服务和维修的需要，从而增加了在维修方面的操作成本和交通工具的停机时间。公开的系统的另一优点在于，能够将辅助引擎、低温泵以及汽化器封装成能够重复使用且容易更换的模块。示例下面的说明性的示例描述了由于使用公开的系统在寄生动力方面的可能改进。然而，该示例不应当解释成以任何方式进行限制。基于按比例放大往复式液压致动低温泵的系统性能，对使用4900KW的引擎的交通工具而言，预测的寄生动力是大约115KW或2.3%。然而，基于在低温流体上做的功以及机械驱动器的典型效率，对使用相似效率的附加熏蒸引擎来代替液压驱动器的相同的交通工具而言，预测的寄生动力是大约0.8%。如果较小的辅助熏蒸引擎具有较低的效率(具体地，30%制动热效率相比于40%用于交通工具的HPDI主引擎)，预测的寄生燃料流量将是直接喷射流量的1.2%)。根据前述的公开内容对于本领域的技术人员明显的是，在不背离本发明的精神或范围的情况下，许多变型形式和改进形式在本发明的实施中都是可能的。因此，根据由下面的权利要求所限定的主旨对本发明的范围进行解释。
权利要求
1.一种由气体燃料供给的双引擎系统，包括: 储存罐，所述储存罐是隔热的以用于保存液态形式的气体燃料； 第一出口，所述第一出口与所述储存罐的下部部分相联接以传送液态形式的所述气体燃料； 第二出口，所述第二出口与所述储存罐的上部部分相联接以传送汽化形式的所述液体燃料； 低温泵，所述低温泵包括流体地连接至所述第一出口的吸入口； 用于所述低温泵的驱动器，所述驱动器包括动力供给装置； 汽化器，所述汽化器具有流体地连接至所述低温泵的排放口的燃料入口 ；以及 第一引擎，所述第一引擎为由气体燃料供给的直接喷射内燃机，所述直接喷射内燃机包括用于在大于200bar的压力下将所述气体燃料直接喷射到燃烧室中的燃料喷射器，所述燃料喷射器通过与汽化器燃料出口流体地连通的管路来接收所述气体燃料；以及 第二引擎，所述第二引擎为由气体燃料供给的熏蒸(fumigated)内燃机，所述熏蒸内燃机包括用于将所述气体燃料喷射到进气歧管中的燃料喷射器，所述进气歧管将进气传送至所述第二引擎的燃烧室，其中，供给至所述第二引擎的所述气体燃料通过与所述第二出口流体地连通的管路而传送，并且其中所述第二引擎是用于所述低温泵驱动器的所述动力供给装置。
2.根据权利要求1所述的由气体燃料供给的双引擎系统，其中，所述第二引擎包括在进气通道中的节流阀 以及在所述燃烧室中的用于引燃所述气体燃料的火花塞。
3.根据权利要求1所述的由气体燃料供给的双引擎系统，其中，所述系统安装在具有所述第一引擎的交通工具上，所述第一引擎是对所述交通工具的机动动力的主要来源。
4.根据权利要求1所述的由气体燃料供给的双引擎系统，其中，所述第二引擎也是用于从下述组中选出的至少一个其他的辅助设备的动力供给装置:发电机、空调、制冷装备以及液压驱动器。
5.根据权利要求1所述的由气体燃料供给的双引擎系统，所述双引擎系统还包括与所述汽化器出口流体地连通以用于储存汽化气体的蓄能器。
6.根据权利要求5所述的由气体燃料供给的双引擎系统，所述双引擎系统还包括用于将所述气体燃料的一部分从所述蓄能器导向所述第二引擎的管路和与所述管路相联接的减压阀。
7.根据权利要求1所述的由气体燃料供给的双引擎系统，所述双引擎系统还包括用于将所述气体燃料的一部分从所述汽化器出口导向所述第二引擎的管路和与所述管路相联接的减压阀。
8.根据权利要求1所述的由气体燃料供给的双引擎系统，所述双引擎系统还包括第二汽化器，所述第二汽化器包括入口和出口，所述入口与所述储存罐的所述下部部分直接地流体地连通，所述出口流体地连接成将气体燃料供给至所述第二引擎。
9.根据权利要求1所述的由气体燃料供给的双引擎系统，其中，所述第二引擎处于与所述汽化器热接触。
10.根据权利要求1所述的由气体燃料供给的双引擎系统，其中，所述气体燃料是天然气。
11.根据权利要求1所述的由气体燃料供给的双引擎系统，包括用于所述第二引擎的冷却剂子系统，所述冷却剂子系统包括与所述汽化器热连通的冷却回路。
12.一种交通工具，所述交通工具包括根据权利要求1所述的由气体燃料供给的双引擎系统。
13.根据权利要求12所述的交通工具，其中，所述交通工具是船舶、火车机车或矿用卡车。
14.一种在根据权利要求1所述的由气体燃料供给的双引擎系统中供给气体燃料的方法，所述方法包括: 用来自所述储存罐的汽化燃料向所述第二引擎供燃料； 用由所述第二引擎供给的动力来驱动所述低温泵； 使所述燃料在所述汽化器中汽化；以及 用由所述低温泵从所述储存罐泵送的汽化燃料向所述第一引擎供燃料。
15.根据权利要求14所述的方法，所述方法还包括用借助于所述低温泵从所述储存罐泵送的所述气体燃料以补充的方式向所述第二引擎供燃料。
16.根据权利要求14所述的方法，所述方法还包括用由所述第二引擎产生的热量来加热所述汽化器。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第二引擎处于与所述汽化器热接触，因此由所述第二引擎产生的热 量通过传导而传递至所述汽化器。
18.根据权利要求14所述的方法，所述方法还包括根据所述由气体燃料供给的双引擎系统对所述气体燃料的需求来对所述第二引擎的速度进行调节。
19.一种靠由气体燃料供给的双引擎系统提供动力的交通工具，包括: 第一引擎，所述第一引擎为高压直接喷射内燃机，所述高压直接喷射内燃机在所述交通工具运动时平均提供所述系统的至少90%的总动力输出； 第二引擎，所述第二引擎为熏蒸内燃机，所述熏蒸内燃机在所述交通工具运动时平均提供所述系统的至多10%的总动力输出； 燃料储存罐，所述燃料储存罐在低温下储存液态形式的气体燃料； 低温泵和管道系统，所述低温泵和所述管道系统将所述燃料储存罐的下部部分连接至燃料喷射器，以将燃料直接喷射到所述第一引擎的燃烧室中； 管道系统，所述管道系统将所述燃料储存罐的上部部分连接至低压燃料喷射器，以将所述气体燃料喷射到与所述第二引擎的燃烧室相联接的进气歧管或进气口中。
20.根据权利要求19所述的交通工具，其中，所述交通工具是船舶、机车或卡车中的一种。
全文摘要
本发明公开了一种由气态燃料供给的双引擎系统，该双引擎系统包括作为主动力源的高压直接喷射引擎以及辅助熏蒸引擎，所述辅助熏蒸引擎能够由从储存罐移走的蒸汽供燃料，所述储存罐能够在低温下以液态形式储存气体燃料。燃料供给系统包括用于将燃料的压力提高到高压直接喷射引擎所需要的喷射压力的低温泵，并且低温泵由辅助熏蒸引擎来提供动力。
文档编号F02B73/00GK103189618SQ201180047826
公开日2013年7月3日 申请日期2011年8月25日 优先权日2010年10月1日
发明者马克·E·邓恩, 瓦莱丽·N·勒布朗克 申请人:西港能源有限公司