一种船用双燃料发动机燃烧系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种船用双燃料发动机燃烧系统和方法，该系统包括：设置在气缸组件上的喷油器、缸内工质温度传感器和曲轴位置及转速传感器；电控共轨柴油供给装置；预混天然气供给装置；BOG‑EGR换热子系统及电控单元ECU；所述喷油器、缸内工质温度传感器、曲轴位置及转速传感器、电控共轨柴油供给装置、预混天然气供给装置及BOG‑EGR换热子系统分别与所述电控单元ECU相连接。本发明专利技术中电控单元ECU可以根据缸内工质的温度及曲轴转角的位置信息，调节喷油时刻至能效最优点，可以实现精确的缸内着火控制进而保持良好的燃烧稳定性以及发动机动力性；使用换热器取代原始船用发动机中冷器，能在不增加经济成本的前提下实现能量的高效利用。

【技术实现步骤摘要】
一种船用双燃料发动机燃烧系统和方法
本专利技术涉及船用双燃料发动机的
，具体涉及基于缸内工质温度控制喷油的船用双燃料发动机燃烧系统和方法。
技术介绍
随着国际排放法规的日益严格及能源的过度消耗，利用天然气等气体燃料作为内燃机的主要能源成为社会大趋势。与柴油机相比，船用双燃料发动机具有接近于零的碳烟排放，NOX也大幅度降低，在合理的喷油策略下，也可以不产生任何的功率损失。低温燃烧模式成为近年来研究的社会热点，化学反应活性控制压燃是船用双燃料发动机的主要低温燃烧模式，该模式得益于对引燃柴油喷射时刻的精准控制。国内船用微喷引燃型船用双燃料发动机正处于工程化开发阶段，其控制系统相对于国外来说仍有很长的路要做，但国外的电控喷油技术也只能根据发动机的曲轴转速实现喷油量的自动调节，喷油时刻仍需人们按照工程经验进行外部修正。液化天然气(liquefiedNaturalGas，LNG)液舱的闪蒸汽(BoilOffGas，BOG)一直都是人们头疼的问题。它的存在和排放不仅给企业产生较大的经济损失，而且BOG的排放带来的温室效应要比CO2大得多，BOG形成之后还会增加存储容器的压力。当压力达到一定时还会产生爆炸险情。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供基于缸内工质温度控制喷油的船用双燃料发动机燃烧系统和方法，填补闭环式电控喷油技术的空白，通过提出一种能根据船用双燃料发动机缸内工质状态及曲轴位置信息，自动调节喷油正时(SOI)，根据曲轴转速自动调节喷油量的闭环电控喷油策略；针对BOG冷能浪费及安全问题，本专利技术提出了一种BOG-EGR换热子系统，利用BOG气体冷却排气再循环(ExhaustGasRecirculation，EGR)气体和空气的混合气。为达到上述目的，本专利技术提供了一种基于缸内工质温度控制喷油的船用双燃料发动机燃烧系统，其包括：设置在船用双燃料发动机的气缸组件上的喷油器、用于检测船用双燃料发动机的气缸组件内燃烧室工质温度的缸内工质温度传感器和曲轴位置及转速传感器；与喷油器连接的电控共轨柴油供给装置；预混天然气供给装置；BOG-EGR换热子系统及电控单元ECU；所述喷油器、缸内工质温度传感器、曲轴位置及转速传感器、电控共轨柴油供给装置、预混天然气供给装置及BOG-EGR换热子系统分别与所述电控单元ECU相连接；所述电控单元ECU控制电控共轨柴油供给装置向船用双燃料发动机供应一定压力温度的引燃柴油，并控制预混天然气供给装置向船用双燃料发动机供应一定天然气/空气比率下的预混天然气，并控制BOG-EGR换热子系统向船用双燃料发动机供应通过BOG气体冷却后的EGR气体和空气的混合气，并根据所述缸内工质温度传感器和曲轴位置及转速传感器的检测信号控制引燃柴油的喷射时刻。上述的基于缸内工质温度控制喷油的船用双燃料发动机燃烧系统，其中，所述电控共轨柴油供给装置包括依次连接的柴油储罐、带压力调节装置的柴油泵及柴油轨；所述柴油轨与所述喷油器连接，并设有柴油轨压传感器；所述带压力调节装置的柴油泵和柴油轨压传感器分别与所述电控单元ECU相连接。上述的基于缸内工质温度控制喷油的船用双燃料发动机燃烧系统，其中，所述柴油储罐和所述带压力调节装置的柴油泵之间依次设有柴油滤清器和柴油油耗仪。上述的基于缸内工质温度控制喷油的船用双燃料发动机燃烧系统，其中，所述预混天然气供给装置包括依次连接的压缩天然气(CompressedNaturalGas，CNG)储罐、天然气减压稳压装置、天然气轨及天然气喷射模块；所述天然气喷射模块与设置在船用双燃料发动机进气管道上的电子节气门连接，并与所述电控单元ECU相连接；所述天然气轨上设有与所述电控单元ECU相连接的天然气轨压传感器。上述的基于缸内工质温度控制喷油的船用双燃料发动机燃烧系统，其中，所述CNG储罐上设有与所述电控单元ECU相连接的压力传感器；所述天然气减压稳压装置和天然气轨之间设有天然气流量计。上述的基于缸内工质温度控制喷油的船用双燃料发动机燃烧系统，其中，所述BOG-EGR换热子系统包括：LNG储罐、与LNG储罐连接的BOG储罐、换热器、涡轮增压装置及废气旁通阀；所述换热器的冷端进口与BOG储罐连接，冷端出口与预混天然气供给装置连接，热端进口与涡轮增压装置的空气出口连接，热端出口与船用双燃料发动机进气管道上的电子节气门连接；涡轮增压装置的废气进口与船用双燃料发动机排气管道连接；所述旁通阀设置在船用双燃料发动机排气管道和所述换热器的热端进口之间，并与所述电控单元ECU相连接。上述的基于缸内工质温度控制喷油的船用双燃料发动机燃烧系统，其中，所述LNG储罐上部设有气体分析仪；所述LNG储罐和BOG储罐之间设有BOG释放阀；所述BOG储罐和换热器之间设有BOG流量控制阀；所述气体分析仪、BOG释放阀和BOG流量控制阀分别与所述电控单元ECU相连接。上述的基于缸内工质温度控制喷油的船用双燃料发动机燃烧系统，其中，所述船用双燃料发动机进气管道上设有与所述电控单元ECU相连接的进气温度压力传感器。上述的基于缸内工质温度控制喷油的船用双燃料发动机燃烧系统，其中，所述船用双燃料发动机排气管道上设有与所述电控单元ECU相连接的排气氧传感器。本专利技术还提供了一种基于上述的基于缸内工质温度控制喷油的船用双燃料发动机燃烧系统的喷油正时自动寻优控制方法，其包括以下步骤：步骤1：在船用双燃料发动机运行前，电控单元ECU根据发动机所要运行的工况进行系统初始化；步骤2.1：设定该工况下的喷油器动作温度；步骤2.2：设定天然气供给参数、燃油供油压力及电子节气门开度；步骤2.3：设定废气旁通阀开度；步骤2.4：船用双燃料发动机启动后，电控单元ECU通过曲轴位置及转速传感器获取运行点的工况信息，进行喷油量修正；步骤2.5：当气缸组件内燃烧室工质温度达到喷油器动作温度时，电控单元ECU控制喷油器做出响应动作，喷射一定质量的高压燃油；步骤2.6：对船用双燃料发动机的各项指标进行性能评价，若不满足要求时，则喷油器动作温度增加ΔT，并执行步骤2.5；若满足要求，则执行步骤2.7；步骤2.7：设定该喷油器动作温度为该工况下的最佳喷油正时；步骤2.8：记录该工况信息并进行存储。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提出了一种适用于LNG船的基于缸内工质温度控制喷油的LNG船用双燃料发动机燃烧系统，采用双共轨结构的燃料供给系统，大幅度提高了船用双燃料发动机的运行稳定性。本专利技术所提供的船用双燃料发动机燃烧系统可以根据发动机的运行工况及燃烧室内的工质状态信息，调节喷油时刻至能效最优点，实现自动寻优。对于缸内的着火控制及燃烧稳定性有很好的调控作用。本专利技术同时包含了一套BOG-EGR换热子系统，该子系统可以自动监控LNG舱室内的甲烷气体含量，并设有BOG气体储存罐，储存起来的BOG气体用来冷却废气和新鲜空气的混合气，并能根据EGR的流量自动调节BOG流量，可以大幅度提高换热效率。同时受热后的BOG气体通过管道输送到CNG储罐以共天然气轨使用，实现了BOG气体的有效再利用。附图说明图1为基于缸内工质温度控制喷油的船用双燃料发动机燃烧系统的结构示意图；图2为基于缸内工质温度控制喷油的船用双燃料发动机燃烧系统的喷油正时自动寻优控制流程图。具体实施方式以下结合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船用双燃料发动机燃烧系统，其特征在于，包括：设置在船用双燃料发动机的气缸组件上的喷油器、用于检测船用双燃料发动机的气缸组件内燃烧室工质温度的缸内工质温度传感器和曲轴位置及转速传感器；与喷油器连接的电控共轨柴油供给装置；预混天然气供给装置；BOG‑EGR换热子系统及电控单元ECU；所述喷油器、缸内工质温度传感器、曲轴位置及转速传感器、电控共轨柴油供给装置、预混天然气供给装置及BOG‑EGR换热子系统分别与所述电控单元ECU相连接；所述电控单元ECU控制电控共轨柴油供给装置向船用双燃料发动机供应一定压力温度的引燃柴油，并控制预混天然气供给装置向船用双燃料发动机供应一定天然气/空气比率下的预混天然气，并控制BOG‑EGR换热子系统向船用双燃料发动机供应通过BOG气体冷却后的EGR气体和空气的混合气，并根据所述缸内工质温度传感器和曲轴位置及转速传感器的检测信号控制引燃柴油的喷射时刻。

【技术特征摘要】
1.一种船用双燃料发动机燃烧系统，其特征在于，包括：设置在船用双燃料发动机的气缸组件上的喷油器、用于检测船用双燃料发动机的气缸组件内燃烧室工质温度的缸内工质温度传感器和曲轴位置及转速传感器；与喷油器连接的电控共轨柴油供给装置；预混天然气供给装置；BOG-EGR换热子系统及电控单元ECU；所述喷油器、缸内工质温度传感器、曲轴位置及转速传感器、电控共轨柴油供给装置、预混天然气供给装置及BOG-EGR换热子系统分别与所述电控单元ECU相连接；所述电控单元ECU控制电控共轨柴油供给装置向船用双燃料发动机供应一定压力温度的引燃柴油，并控制预混天然气供给装置向船用双燃料发动机供应一定天然气/空气比率下的预混天然气，并控制BOG-EGR换热子系统向船用双燃料发动机供应通过BOG气体冷却后的EGR气体和空气的混合气，并根据所述缸内工质温度传感器和曲轴位置及转速传感器的检测信号控制引燃柴油的喷射时刻。2.如权利要求1所述的船用双燃料发动机燃烧系统，其特征在于，所述电控共轨柴油供给装置包括依次连接的柴油储罐、带压力调节装置的柴油泵及柴油轨；所述柴油轨与所述喷油器连接，并设有柴油轨压传感器；所述带压力调节装置的柴油泵和柴油轨压传感器分别与所述电控单元ECU相连接。3.如权利要求2所述的船用双燃料发动机燃烧系统，其特征在于，所述柴油储罐和所述带压力调节装置的柴油泵之间依次设有柴油滤清器和柴油油耗仪。4.如权利要求1所述的船用双燃料发动机燃烧系统，其特征在于，所述预混天然气供给装置包括依次连接的CNG储罐、天然气减压稳压装置、天然气轨及天然气喷射模块；所述天然气喷射模块与设置在船用双燃料发动机进气管道上的电子节气门连接，并与所述电控单元ECU相连接；所述天然气轨上设有与所述电控单元ECU相连接的天然气轨压传感器。5.如权利要求4所述的船用双燃料发动机燃烧系统，其特征在于，所述CNG储罐上设有与所述电控单元ECU相连接的压力传感器；所述天然气减压稳压装置和天然气轨之间设有天然气流量计。6.如权利要求1所述的船用双燃料发动机燃烧系统，其特征在于，所述BOG-EG...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓宇，王忠诚，苏祥文，许乐平，李珂，王继鸣，许玲，石顺，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海,31