[实用新型]利用燃气冷能提高发动机热效率实现节能减排的系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种燃气发动机电控系统，尤其涉及一种利用燃气冷能提高发动机热效率实现节能减排的系统。 

背景技术

液化天然气汽车、液化石油气汽车和压缩天然气汽车都是燃气汽车，其特征在于储存的燃气物理形态不同，分别是低温液态和常温气态。液化天然气、液化石油气或压缩天然气经循环热水气化器换热气化后成为常温压缩燃气。 

目前，使用燃气作为清洁燃料的发动机在国内外发展很快，随着社会进步对节能减排的要求，现有的燃气发动机需进一步优化空燃比、燃气喷射量控制、点火提前角控制、增压器废气放气阀的开度控制以及节气门开度控制，从而提高燃烧效率。在对发动机进行以上控制时，空气温度、燃气温度、水温是重要的控制参数，现有技术中，对空气温度、燃气温度、水温的控制不够精确，致使空燃比、燃气喷射量、点火提前角、增压器废气放气阀的开度以及节气门开度不够准确，燃烧效率降低。 

以空燃比的控制进行说明，空燃比主要受空气和燃气的质量密度变化影响，空气的质量密度变化又主要受季节、海拔、纬度、环境等因素的影响，燃气的质量密度变化主要受燃气压力、温度、热值、组份等因素影响。 

空气温度受季节、海拔、纬度、环境等因素影响最大，此外受机仓散热、 空气滤清器的安装位置、空气增压机的工况、中冷器的冷却效率等综合因素影响，使进入发动机的空气温度达－40～80℃变化，造成其质量密度变化巨大。 

在影响燃气质量密度的多种参数中，以燃气温度为例进行说明，燃气温度除了受储存形态、压力、大气环境温度的变化影响外，还受发动机热负荷变化、减压节流吸热量，加热气化专用装置的效率等诸多复杂因素的影响，可造成燃气温度在-40～80℃的范围内变化，导致燃气质量密度的变化巨大。 

气体温度每变化1℃时，气体的体积变化约为1/273，当燃气与空气的温度变化巨大使空燃比的控制误差超过5%，会导致发动机燃烧稳定性变差，使发动机的可靠性、动力性、经济性、排放指标也随之降低。 

现有技术中对进入发动机的空气和燃气采用了以下几种温控技术： 

1）采用增压中冷技术降低发动机空气进气温度提高充气效率（通常要求经中冷器冷却后的空气温应<50℃），但是，当发动机使用环境在高寒、高温或高海拔地区负荷变化巨大时，通过中冷器冷却后的空气温度与大气环境会有数拾度的温差。 

2）燃气与空气混合前，需要采用燃气减压调节器对其压力进行稳压调整，为了避免因减压节流降温引起的燃气中的饱和水变成游离水，造成对减压调节器阀口的冲击损坏，采用发动机循环水对减压调节器高压减压阀体加热，同时，也适当地提高了燃气温度，但是，这种燃气的温升是被动的，无法对燃气温度起到调节作用，当发动机处于较小负荷工况时，加热充分，燃气温度升高、质量密度降低；发动机负荷大时，加热强度不足，燃气温度降低、质量密度升高；发动机台架试验证明其温差可达0～50℃，发动机功率和扭矩相差高达20%以上。 

3）燃气必须经过液转气的气化转换，与空气充分混合后，才能输入发动 机参与燃烧；气化转换往往采用发动机循环热水对通过热交换器内的液态燃气进行加热，这种单一加热方式的缺点是：当发动机水温>80℃，处于较小负荷工况时，加热强度很高，使燃气温度提高，质量密度随之降低；在高寒地区因环境温度太低尽管发动机处于大负荷工况其水温也会<75℃，也会造成对燃气加热强度不足，使燃气温度降低，其质量密度随之升高；发动机台架和道路试验证明，燃气温差可达0～100℃，发动机功率和扭矩相差高达20%以上。 

现有技术中，对进入发动机的混合气的空燃比采用的控制技术有： 

1）机械方式：固定空气与燃气通道，减压调节器随发动机功况变化随机调节燃气压力及流量，机械零件设计相对固定，优点：结构简单成本低；缺点：空燃比随着空气与燃气温差变化而变化，且变化范围较大，导致发动机动力性及其他性能不稳定。 

2）电控方式：根据发动机功况变化，采集空气、燃气压力及温度数据，计算空气和燃气的质量密度，再结合氧传感器釆集到的空燃比等信息，对燃气流量进行调节。开环电控调节是根椐预先设定的燃气流量脉谱进行调节，闭环电控调节是根椐预先设定的控制目标对燃气流量脉谱进行自动修正调节。但空气与燃气温度随发动机工况变化在非可控情况下温差变化较大，气体质量密度变化巨大，当空燃比的控制误差>5%，会导致发动机燃烧稳定性变差，使功率、扭矩下降，排放性能变差。