一种利用LNG冷能控制发动机爆震的系统

技术领域

本发明涉及机械领域，特别涉及一种利用LNG冷能控制发动机爆震的系统。

背景技术

发动机爆震产生的主要原因是发动机火花塞点火后，气缸内未燃尽的部分燃料产生不受控制的自燃(爆燃)。爆震是一种非正常的燃烧过程，当多个爆燃点汇集在一起，就会产生强烈的高压震动脉冲波，从而引起发动机部分元件或整体发生震动。爆震累积或严重爆震容易引起发动机活塞、气门、缸盖、缸套和活塞环等部件的损坏。

在目前发动机运行过程中，主要通过爆震传感器感知发动机产生的爆震，通过调节点火提前角来减轻爆震，但是这种调节幅度有限，只能在一定范围内进行调节，当发动机非正常工况下，一味延迟点火提前角，不仅会削弱动力，升高油耗，还会造成燃料燃烧不充分造成发动机温度升高。

影响发动机爆震的因素主要有压缩比、点火角、发动机温度、积碳、天然气成分等。这些影响因素中压缩比、积碳、天然气成分等不属于可调节的参数。而发动机进气温度的降低也可以减轻缸内爆震，但是由于中冷器采用水冷，在既定的中冷器结构参数下，进气温度取决于环境水的温度，很难进行调节，因此现有发动机的控制系统中没有对进气温度进行控制，仅进行监测。

液化天然气主要成分是甲烷，甲烷的常压沸点是零下162℃，临界温度零下84℃。在发动机天然气燃料前处理模块中，为了给发动机提供满足一定温度和压力要求的天然气，对液化天然气进行调压、升温等处理，在处理过程中形成了大量的冷能，目前主要是通过水或空气带走，造成一定能量的浪费。

因此，需要一种利用LNG冷能控制发动机爆震的系统，以至少部分解决现有技术中的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述问题，本发明提供一种利用LNG冷能控制发动机爆震的系统，包括：

汽化器，所述汽化器包括第一介质通道和第一气体通道，用于使位于所述第一介质通道内的介质与位于所述第一气体通道内的LNG热交换以将所述LNG汽化为天然气；

发动机，所述发动机位于所述汽化器的下游且包括中冷器和涡轮，所述中冷器用于冷却来自所述涡轮的压缩空气，所述中冷器包括第二介质通道和第二气体通道，所述第二介质通道的入口与所述第一介质通道的出口经由中间通道连通，所述中间通道设置有电控调节阀，用于控制进入所述中冷器的所述介质的流量。

根据本发明的利用LNG冷能控制发动机爆震的系统，回收利用LNG的冷能降低进气温度，提高了冷却效率；并且结合传统方式控制爆震，不但能将爆震控制在需求范围，还能提高进气量，此外还减少了环境污染。

进一步地，所述发动机还包括混合室和多个气缸，被汽化的所述天然气和被冷却的所述压缩空气在所述混合器中混合为混合气后进入所述气缸。

进一步地，所述系统还包括控制装置，所述控制装置与所述发动机电连接，所述发动机内还设置有爆震传感器，当所述爆震传感器检测到爆震信号电压超过临界值时，所述控制装置控制所述发动机减小点火提前角。

进一步地，所述发动机内还设置有进气温度传感器，用于检测所述混合气进入所述气缸前的进气温度。

进一步地，所述控制装置还与所述电控调节阀电连接，当所述点火提前角到达最小提前角时，所述控制装置控制所述电控调节阀增大所述介质的流量，降低所述进气温度。

进一步地，所述爆震传感器设置在相邻两个所述气缸的间隙；当所述进气温度达到最低进气温度时，所述控制装置控制所述发动机降低负荷。

进一步地，所述汽化器的上游设置有储罐，用于储存所述LNG并向所述系统供给所述LNG。

进一步地，所述汽化器和发动机之间还设置有缓冲罐，用于被汽化的所述天然气的缓冲和暂存。

进一步地，所述缓冲罐和所述发动机之间设置有GVU箱。

进一步地，爆震信号电压的所述临界值为所述发动机处于有感爆震和无感爆震之间的临界状态时的爆震信号电压。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1为根据本发明的利用LNG冷能控制发动机爆震的系统的示意图；

图2为图1中系统的工作流程示意图。

附图标记说明：

10：汽化器

11：第一介质进入管道

12：第一介质排出管道

20：中冷器

21：第二介质进入管道

22：第二介质排出管道

23：电控调节阀

24：中间通道

30：涡轮

40：混合室

50：气缸

60：储罐

70：缓冲罐

80：GVU箱

100：发动机

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述。显然，本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟悉的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

本发明中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其他含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一部件”其本身不暗示“第二部件”的存在，术语“第二部件”本身不暗示“第一部件”的存在。

现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。

下面请参考图1，本发明提供一种利用LNG冷能控制发动机爆震的系统，包括汽化器10和发动机100。汽化器10包括第一介质通道和第一气体通道，用于使位于第一介质通道内的介质与位于第一气体通道内的LNG热交换以将LNG汽化为天然气；发动机100位于汽化器10的下游且包括中冷器20和涡轮30，中冷器20用于冷却来自涡轮30的压缩空气，中冷器20包括第二介质通道和第二气体通道，第二介质通道的入口与第一介质通道的出口经由中间通道24连通，中间通道24设置有电控调节阀23，用于控制进入中冷器20的介质的流量。

根据本发明的利用LNG冷能控制发动机爆震的系统，回收利用LNG的冷能降低进气温度，提高了冷却效率；并且结合传统方式控制爆震，不但能将爆震控制在需求范围，还能提高进气量，此外还减少了环境污染。

具体地，根据本发明的利用LNG冷能控制发动机爆震的系统沿天然气的流向依次设置储罐60、汽化器10、缓冲罐70、GVU(Gas Valve Unit，燃气阀组单元)箱80和发动机100。

其中储罐60用于储存LNG(Liquefied Natural Gas，液化天然气)，汽化器10用于将LNG汽化为天然气，缓冲罐70用于天然气的缓冲和暂存，GVU箱80用于调节进入发动机100的天然气的压力和流量等参数。

发动机100为涡轮增压式气体发动机，发动机100中设置有涡轮30、中冷器20、混合室40和多个气缸50，在图示实施方式中，发动机100设置了4个气缸50。在发动机100运转时，空气从空气入口进入涡轮30，涡轮30将其压缩为压缩空气，压缩空气经由中冷器20冷却后在混合室40中与天然气混合为混合气，之后混合气进入气缸50燃烧，混合气燃烧后的废气进入涡轮30做功，之后经由排气出口排出。发动机100内还设置有进气温度传感器，用于检测混合气进入气缸50前的进气温度，例如进气温度传感器可以设置在混合室40和气缸50之间的管路上。

继续参考图1，中间通道24包括第一介质排出管道12和第二介质进入管道21，此外系统还设置有第一介质进入管道11和第二介质排出管道22。

第一介质进入管道11与汽化器10中的第一介质通道的入口连通，第一介质排出管道12与汽化器10中的第一介质通道的出口连通。第一介质进入管道11将介质输送入汽化器10中加热LNG，第一介质排出管道12将被冷却的介质输出汽化器10。第二介质进入管道21与中冷器20中的第二介质通道的入口连通，第二介质排出管道22与中冷器20中的第二介质通道的出口连通。第二介质进入管道21将与LNG换热后的介质输送进中冷器20冷却压缩空气，第二介质排出管道22将与压缩空气换热的介质输出中冷器20。电控调节阀23设置在第二介质进入管道21上，电控调节阀23可以是电动阀或者气动阀。此外，没有进入中冷器20的介质经由第一介质排出管道12排出，与第二介质排出管道22中的介质一同废弃或者回收再利用，例如进入下一轮的换热。

其中，介质将-162℃左右的LNG加热汽化至15～20℃，同时介质被冷却至10～30℃。由于涡轮增压器的作用，压缩空气的温度超过150℃，通常为150～180℃。然而混合气的进机温度要求为35～50℃,这就要求对压缩空气进行降温。10～30℃的介质在中冷器20中将压缩空气冷却至30～60℃，进而使得混合气温度在35～50℃。

在一种可选实施方式中，介质优选为水，更优选为用于冷却发动机100的缸套水，缸套水的温度约为75～90℃。缸套水从第一介质进入管道11进入气化器，将-162℃天然气进行加热后，使天然气温度上升至25～30℃。第一介质排出管道12的缸套水温度降低至15～20℃。紧接着15～20℃的介质通过第二介质进入管道21进入中冷器20，对中冷器20中的压缩空气进行冷却。控制电控调节阀23的开度，使混合气的进机温度实现在35～50℃范围内可调。没有进入中冷器20的缸套水和第二介质排出管道22中的缸套水可以返回发动机100的缸套进行降温，之后重新进入第一介质进入管道11进行循环。

申请人在研究中发现，降低混合气的进气温度能够减轻爆震。为此，根据本发明的利用LNG冷能控制发动机爆震的系统采用传统方式与改进方式相结合的手段控制发动机100的爆震。即，采用减小点火提前角和降低混合气的进气温度相结合。

系统还包括控制装置和爆震传感器。爆震传感器设置在相邻两个气缸50的间隙，具体的，以四缸发动机为例，爆震传感器安装在第二缸和第三缸之间，或者第一缸和第二缸之间与第三缸和第四缸之间各设一个。爆震传感器用于测定发动机100的振动度，当发动机100发生爆震时，爆震传感器将发动机100的机械振动转变为信号电压送给控制系统。控制装置与电控调节阀23、发动机100以及进气温度传感器均电连接，以便于根据爆震信号电压和进气温度信号对系统做出控制。

具体地，请参考图2，当爆震传感器检测到爆震信号电压超过临界值时，控制装置控制发动机100减小点火提前角，或者说延迟点火时间。当点火提前角到达最小提前角时，控制装置控制电控调节阀23增大介质的流量，降低进气温度。当进气温度达到最低进气温度时，控制装置控制发动机100降低负荷。

其中最低进气温度根据发动机100的型号不同可变，例如可为35℃。最小提前角根据发动机100的型号不同可变。

由于维持一定程度的爆震有助于发动机100动力的提高，因此根据本发明的系统将发动机爆震维持在有感爆震和无感爆震之间的临界状态。具体为将爆震信号电压维持在操作人员刚好无法察觉发动机100爆震时的爆震信号电压。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。