一种LNG发动机进气系统

技术领域

本发明涉及LNG发动机领域，尤其涉及一种LNG发动机进气系统。

背景技术

柴油燃烧过程中排出的氮氧化合物(NOx)、碳烟等对大气造成了严重的污染，随着环境污染的日益加剧，各国都出台了严格的法规限制柴油机的排放。为此，越来越多的研究人员开始寻找其它替代燃料来缓解严峻的环境污染状况。LNG作为一种新型替代燃料，易开采和储存，燃烧污染物排放相比传统柴油更低，目前已受到广泛关注，LNG发动机也已在道路交通及航运领域被批量应用。

作为发动机主要污染物之一的NOx，其生成的主要影响因素之一为缸内燃烧温度，温度越高，NOx越容易生成，燃烧温度越低，NOx生成量越少。LNG发动机所利用的LNG是天然气经降温至-162℃以下后呈现的一种状态，其包含大量的冷能可供利用。若是能将液态天然气LNG所蕴藏的这部分冷能应用于降低发动机缸内的燃烧温度，必然会减少NOx的生成。基于此，本发明设计了一种LNG发动机进气系统，该进气系统能够降低LNG发动机的燃烧温度，从而减少NOx排放。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LNG发动机进气系统，能够为发动机供应较低温度的进气，既能降低缸内燃烧的最高温度、减少NOx生成，又能降低发动机压缩冲程的缸内压力、减小压缩负功，提升发动机的指示功和有效热效率。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种LNG发动机进气系统，与发动机本体相连接，所述LNG发动机进气系统包含空气通道、天然气通道和换热器组合；

其中，所述空气通道包含：

空气滤清器，其输入端作为空气的流入口；

中冷器，其输出端与发动机本体相连；

压气机，其输入端与空气滤清器的输出端相连，其输出端与中冷器的输入端相连；

其中，所述天然气通道包含：

LNG储罐；

LNG泵，与LNG储罐的输出端相连，从LNG储罐中泵出-162℃的液态天然气；

天然气缓冲罐，其输入端接收从LNG泵中泵出的天然气并存储；

天然气喷射系统，其上设置有电磁阀，其输入端与天然气缓冲罐连接，其输出端与发动机本体连接，该天然气喷射系统通过控制电磁阀的开与关，将天然气缓冲罐内一定量的天然气喷入发动机本体进行燃烧。

其中，所述换热器组合包含：

第一换热器，在空气通道中设置在LNG泵与天然气缓冲罐之间，在天然气通道中设置在LNG泵与天然气缓冲罐之间；

第二换热器，在空气通道中设置在空气滤清器与压气机之间；在天然气通道中设置在第一换热器与天然气缓冲罐之间；

具体的，第一换热器、第二换热器为空气通道与天然气通道共享，所述第一换热器与第二换热器中，空气与天然气分别有独立的进出口和流动通道，在换热器中两种工质不会直接接触混合。

进一步，所述天然气通道还包含：

LNG出口单向阀，设置在LNG泵与第一换热器之间，使得LNG泵泵出的液态天然气LNG单向进入到第一换热器中，避免LNG在压力下回流、对LNG泵造成损害；

第二单向阀，设置在第一换热器与第二换热器之间，使得天然气在经过第一换热器中的换热后单向流入到第二换热器中，防止天然气回流；

第三单向阀，设置在第二换热器与天然气缓冲罐之间，使得天然气在经过第二换热器中的换热后单向流入到天然气缓冲罐中，防止天然气回流。

进一步，所述空气通道还包含：

第一收水器，其输入端与第一换热器相连，其输出端与发动机本体相连；

第二收水器，其输入端与第二换热器的输出端相连，其输出端与压气机的输入端相连。

进一步，所述LNG发动机进气系统还包含收水装置，所述收水装置包含：

第二储水罐，其两个输入口分别通过管道与第二换热器、第二收水器的底部相连，且其底部设置有第二放水阀；

第一储水罐，其两个输入口分别通过管道与第一换热器、第一收水器的底部相连，且其底部设置有第一放水阀。

较佳的，所述第一换热器和第二换热器内的空气通道底部都设置成锥形，所述第一换热器的锥形底部与第一储水罐管道连接，所述第二换热器的锥形底部与第二储水罐管道连接。

具体的，所述LNG发动机进气系统的具体工作流程如下所述：

S1、空气从空气滤清器流入，依次进入第二换热器、第二收水器、压气机、中冷器、第一换热器、第一收水器和发动机；

S2、LNG泵从LNG储罐中泵出-162℃的液态LNG，该液态LNG通过第三单向阀单向进入到第一换热器，-162℃的液态LNG与增压中冷后的空气在第一换热器内进行换热；

S3、液态的LNG经第一换热器换热后，升温变成气态的天然气，通过第二单向阀单向进入到第二换热器，气态的天然气与未经过增压中冷的空气在第二换热器内进行换热；

S4、经第二换热器降温后流出的天然气经过第三单向阀后单向进入天然气缓冲罐内被储存；

S5、天然气缓冲罐为天然气喷射系统提供天然气；

S6、经过第一换热器换热后，空气中的水蒸气遇冷凝结，干燥的空气继续流动进入发动机本体，液态水分别经由第一换热器内空气通道的锥形底部、第一收水器底部流向第一储水罐，由第一放水阀控制流出；

S7、经过第二换热器内的换热后，空气中的水蒸气遇冷凝结，干燥的空气继续流动进入压气机，液态水分别经由第二换热器内空气通道的锥形底部、第二收水器底部流向第二储水罐，由第二放水阀控制流出；

S8、天然气喷射系统通过控制电磁阀将一定量的天然气喷入发动机进行燃烧。

与现有技术相比，本发明具有以下显著优点和效果：

1、本发明的第一换热器与第二换热器中，空气与天然气分别有独立的进出口和流动通道，在换热器中两种工质不会直接接触混合；

2、在整个进气系统中，天然气与空气的流动方向都是相反的，利于维持天然气与空气之间较大的温差，增强换热效果，有利于进一步降低进气温度、增加进气密度，进而尽量降低最高燃烧温度。

附图说明

图1为本发明的系统工作原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。

如图1所示，为本发明提供的一种LNG发动机进气系统，所述LNG发动机进气系统与发动机本体19相连接，整个进气系统涉及三种物质：LNG(天然气)、空气和液态水，所述LNG发动机进气系统包含空气通道和天然气通道。

其中，所述空气通道包含：

空气滤清器1，其输入端作为空气的流入口；

中冷器5，其输出端与发动机本体19相连；

压气机4，其输入端与空气滤清器1的输出端相连，其输出端与中冷器5的输入端相连；

所述天然气通道包含：

LNG储罐8；

LNG泵9，与LNG储罐8的输出端相连，从LNG储罐8中泵出-162℃的液态天然气；

天然气缓冲罐13，其输入端接收从LNG泵9中泵出的天然气并存储；

天然气喷射系统14，其上设置有电磁阀，其输入端与天然气缓冲罐13连接，其输出端与发动机本体19连接，该天然气喷射系统14通过控制电磁阀的开合度，将天然气缓冲罐13内一定量的天然气喷入发动机本体19进行燃烧。

进一步，所述LNG发动机进气系统还包含第一换热器6和第二换热器2，且所述第一换热器6、第二换热器2为空气通道与天然气通道所共享。

具体的，在空气通道中，所述第一换热器6设置在中冷器5与发动机本体19之间；在天然气通道中，所述第一换热器6设置在LNG泵9与天然气缓冲罐13之间。

具体的，在空气通道中，所述第二换热器2设置在空气滤清器1与压气机4之间；在天然气通道中，所述第二换热器2在第一换热器6与天然气缓冲罐13之间。

进一步，在所述第一换热器6与第二换热器2中，空气与天然气分别有独立的进出口和流动通道，在换热器中两种工质不会直接接触混合。

较佳的，所述天然气通道还包含：

LNG出口单向阀10，设置在LNG泵9与第一换热器6之间，使得LNG泵9泵出的液态天然气LNG单向进入到第一换热器6中，避免LNG在压力下回流、对LNG泵9造成损害；

第二单向阀11，设置在第一换热器6与第二换热器2之间，使得天然气在经过第一换热器6中的换热后单向流入到第二换热器2中，防止天然气回流；

第三单向阀12，设置在第二换热器2与天然气缓冲罐13之间，使得天然气在经过第二换热器2中的换热后单向流入到天然气缓冲罐13中，防止天然气回流。

较佳的，所述空气通道还包含：

第一收水器7，其输入端与第一换热器6相连，其输出端与发动机本体19相连；

第二收水器3，其输入端与第二换热器2的输出端相连，其输出端与压气机4的输入端相连。

较佳的，所述LNG发动机进气系统还包含收水装置，所述收水装置包含：

第二储水罐15，其两个输入口分别通过管道与第二换热器2、第二收水器3的底部相连，且其底部设置有第二放水阀17；

第一储水罐16，其两个输入口分别通过管道与第一换热器6、第一收水器7的底部相连，且其底部设置有第一放水阀18。

具体的，所述的LNG发动机进气系统具体运作流程如下所示：

空气从空气滤清器1流入，依次通过第二换热器2、第二收水器3、压气机4、中冷器5、第一换热器6、第一收水器7后，进入发动机本体19。

其中，所述压气机4对从第二收水器3流入的空气进行增压，所述中冷器5对从压气机4流入的空气进行中冷。

与此同时，LNG泵9从LNG储罐8中泵出-162℃的液态LNG，该液态LNG通过第三单向阀12单向进入到第一换热器6。

具体的，在第一换热器6内，-162℃的液态LNG与增压中冷后的空气进行换热，维持第一换热器6中工质间较大的温差，增强换热效果，有利于进一步降低空气温度、增加进气密度，进而尽量降低最高燃烧温度。

进一步，液态的LNG经第一换热器6换热后，升温变成气态的天然气，通过第二单向阀11单向进入到第二换热器2。

由于天然气的汽化潜热远大于空气中的水蒸气，即使在第一换热器中6中经过了第一次热交换，天然气的温度上升幅度较小，而第二换热器2中的空气是从空气滤清器1通入的，即第二换热器中2中的空气为常温状态，因此，在第二换热器2中天然气的温度仍远低于空气的温度，在第二换热器2中换热工质间同样保持了较大的温差，保证了对空气降温的效果。

经第二换热器2降温后流出的天然气经过第三单向阀12后单向进入天然气缓冲罐13内被储存，所述天然气缓冲罐13为天然气喷射系统14提供天然气，进一步，所述天然气喷射系统14通过控制电磁阀的开合度，将一定量的天然气喷入发动机本体19进行燃烧。

具体的，经过增压中冷后的空气与-162℃的液态LNG在第一换热器6中换热，空气温度降低，第一收水器7可使经第一换热器6降温后的空气中的水蒸汽凝结并沉积下来，防止水蒸汽在发动机本体19进气道和缸内凝结成液态水，对发动机本体19造成损害。

进一步，第一储水罐16通过管道与第一换热器6和第一收水器7相连，用于临时储存第一换热器6和第一收水器7中冷凝析出的液态水，该液态水可通过第一放水阀18控制排放。

具体的，经过了第一换热器6内的升温的气态天然气的温度仍远低于未增压中冷的空气，因此在第二换热器2中换热后，空气中的水蒸气遇冷凝结，所述第二收水器3可使经第二换热器2降温后的空气中的水蒸汽凝结并沉积下来，防止凝结成的液态水进入压气机4对压气机4造成损害。

进一步，第二储水罐15通过管道与第二换热器2和第二收水器3相连，用于临时储存第二换热器2和第二收水器3中冷凝析出的液态水，该液态水可通过第二放水阀17控制排放。

具体的，由于空气与天然气分别有独立的进出口和流动通道，因此在换热器中，这两种工质不会直接接触混合。

较佳的，在第一换热器6和第二换热器2中，将空气通道底部都设置成锥形，所述第一换热器6的锥形底部与第一储水罐16管道连接，所述第二换热器2的锥形底部与第二储水罐15管道连接，便于冷凝水流向储水罐。

进入发动机本体19内的天然气的量取决于发动机的转速和负荷，由于自空气滤清器1流入的空气的量都是过量的，且在发动机本体19内天然气与空气在没有点火源的情况下不会发生燃烧，因此本发明无需设置防爆装置。

综上所述，在整个进气系统中，天然气与空气的流动方向都是相反的，利于维持天然气与空气之间较大的温差，增强换热效果，有利于进一步降低进气温度、增加进气密度，进而尽量降低最高燃烧温度。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。