[发明专利]一种利用燃气冷能实现节能减排的系统

说明书

本发明提供一种利用燃气冷能实现节能减排的系统，这种利用燃气冷能实现节能减排的系统通过在外部燃气通道内设置外流量传感器能够检测外部燃气通道输送的燃气流量，根据该燃气流量能够准确地确定发动机的火力，进而使用时能够清楚地掌握发动机目前的火力；能够优化空燃比、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，特别是当燃气和空气温差较大时也能及时实现燃气和空气的温差减少或使其接近或相等，提高燃气发动机空燃比控制精度促进其动力性，经济性提高，排放出的尾气污染物减少。

技术领域

本发明属于发动机节能减排的技术领域，具体涉及一种利用燃气冷能实现节能减排的系统。

背景技术

从发动机的能量热平衡角度分析，一般发动机输出的有效功率只占燃油燃烧总热量的20％-40％左右，其余热能量则主要通过排气和冷却介质(冷却水、机油散热等)被传递到大气环境中。由此可以看出，对于车用发动机，其余热能量具有很大的节能潜力，余热能回收利用技术有广泛的应用空间。目前，发动机余热能利用技术主要集中在增压、余热制冷、余热取暖、余热发电和改良燃料燃烧性能等几个方面。在当前车用余热利用的各种技术方案中，朗肯循环余热回收技术的热效率最高，是最有可能首先实现产业化的技术。

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－20～90℃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-20～90℃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。