一种LNG发动机再循环废气冷却的方法技术

本发明专利技术公开一种LNG发动机再循环废气冷却的方法，基于一种废气冷却装置，包括LNG储气罐、废气冷却换热器、EGR电控阀、冷能回收换热器、水冷却换热器、空气换热器、储罐出口三通阀、废冷器前三通阀，通过将LNG冷能回收利用、对EGR系统结构改进，实现对再循环废气的冷却，解决因废气再循环带来进气温度偏高、充气效率降低的问题，可提高发动机动力性，达到国六NO

【技术实现步骤摘要】
一种LNG发动机再循环废气冷却的方法


[0001]本专利技术涉及发动机有害排放物的净化技术，更具体地说，涉及一种为有效降低发动机NO
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排放所采用的废气再循环技术时，能将LNG公交车所用燃料LNG的冷能用于再循环废气冷却的一种装置及方法。

技术介绍

[0002]随着国六排放标准的实施，汽车有害气体排放面临更严格的限制，其中NO
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排放限值相对国五标准也有大幅下降。废气再循环(EGR)技术是目前汽车发动机降低NO
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有害排放物的一种公认有效方法，引入部分再循环的废气进入气缸，能有效降低燃烧最高温度，减少NO
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的生成量。但由于一定量再循环废气引入容易导致新鲜空气量减少，燃烧速度降低，HC和CO生成量增加；如李兴虎编著“汽车环境污染与防治对策”(化学工业出版社，2019.8)中所分析的，现代汽车的EGR系统常安装冷却系统，目的是使从排气管进入EGR系统的排气在EGR管路中逐渐得到冷却，增加缸内新鲜空气量，有利于混合气的完全燃烧。但这种冷却系统一般采用空冷方法，存在系统结构较复杂、气
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气换热方法的换热效率不高的问题。作为一种适合城市运行的低污染环保汽车，以LNG为燃料的公交汽车已得到较多应用。因低温液态燃料LNG需升温气化才能供发动机使用，如将其升温过程所释放冷量予以回收，既可用作夏季公交汽车车厢内的制冷空调，也可作为LNG冷藏车的冷媒使用，具有良好的节能效果，该技术已得到一定应用。目前LNG升温换热所用方法都是采用冷媒回收冷量后再用于制冷空调，如金树峰的“LNG汽车燃料系统与空调冷能利用”，利用冷媒与LNG换热回收冷量后，通过空气换热器和制冷风机向车厢供冷。又如专利申请号201310462726.2“一种LNG冷藏车的制冷方法及其冷藏车”，也是利用LNG在复温、气化阶段释放出大量冷能，供给冷藏车冷气，在不需要另外消耗能源的情况下解决了冷藏车制冷问题，这些方法本质上都是回收利用LNG汽车发动机所用LNG燃料在升温、气化时释放冷能用于车厢内制冷的用途，未考虑冷能的其他回收途径。

技术实现思路

[0003]针对现有技术不足，本专利技术提出了一种对LNG冷能进行回收利用及对再循环废气进行冷却的装置，旨在利用LNG冷能，对现有为降低NO
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排放所设置的EGR系统结构进行改进，解决发动机因废气再循环进入气缸所带来的进气温度偏高，新鲜充量减少、充气效率降低的问题，以此提高发动机的动力性，有利于发动机达到关于NO
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的更高的排放限值标准。
[0004]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0005]1.一种LNG发动机再循环废气冷却的方法，基于一种LNG发动机再循环废气冷却的装置，包括LNG储气罐、废气冷却换热器、EGR电控阀、冷能回收换热器、水冷却换热器、空气换热器、储罐出口三通阀、废冷器前三通阀、发动机、再循环废气引入管；所述的冷能回收换热器的吸热侧流体进口通过储罐出口三通阀与LNG储气罐相连，其出口通过废冷器前三通阀与废气冷却换热器吸热侧流体进口相连；所述废气冷却换热器吸热侧为LNG流体，放热侧
流体为再循环废气；再循环废气来自发动机排气管，经EGR电控阀与废气冷却换热器相连，放热侧流体出口经再循环废气引入管与进气管的前段相连；废气冷却换热器吸热侧流体出口也与进气管的后段(靠近进气门处)相连；EGR出口与EGR电控阀相连，EGR电控阀又与废气冷却换热器相连，所述EGR电控阀受发动机ECU控制。
[0006]进一步地，所述废气冷却换热器内部采用管壳式换热器结构，均匀等间距排列的圆形换热管固定在位于换热器壳体两端的固定管板上，圆形换热管的管内为LNG流动通道，换热管的外壁与废气冷却换热器壳体之间组成空间为再循环废气流动通道，换热器外壳为圆柱形，换热器外壳的中部设置一膨胀节。吸热侧的LNG流体从废气冷却换热器的左侧下部的入口流入，从废气冷却换热器的右侧上部出口流出；放热侧的再循环废气从废气冷却换热器的右侧上部入口进入，经废气流动通道，从废气冷却换热器的左侧下部出口流出。
[0007]进一步地，所述水冷却换热器的进水口经冷却水控制阀、冷却水进水管与发动机冷却水的出口相连，水冷却换热器的出水口经冷却水出水管与发动机冷却水的进口相连。
[0008]进一步地，冷量回收换热器的放热侧流体进口与循环水泵相连，其出口与空气换热器相连。
[0009]2.本专利技术的一种LNG发动机再循环废气冷却的方法及装置，是将LNG从极低温贮藏状态升温、气化过程中释放出的大量冷能进行回收利用及对再循环废气进行冷却，其方法为：
[0010](1)夏季公交车车厢内需要提供制冷空调时，储气罐内的LNG经储罐出口三通阀进入冷能回收换热器，因吸热升温、气化释放出的冷能被放热侧冷媒流体回收；放热侧冷媒流体循环流过空气换热器，利用吹风机向车厢内送入低温风，将前述过程回收冷能进行释放，维持公交车内夏季制冷所需的低温空调环境；
[0011](2)LNG从冷能回收换热器流出后，经废冷器前三通阀进入废气冷却换热器，与来自发动机排气出口管的再循环废气进行热量交换，LNG进一步升温，再循环废气被冷却，温度有所降低，以达到增加发动机的充气效率，提高发动机动力性，减少NO
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生成量的目的；
[0012](3)通过发动机ECU控制EGR电控阀，ECU能根据节气门开度和发动机转速等传感器信号，对EGR电控阀发出开、闭或任意开度指令，实现对再循环废气量的精确控制，结合对再循环废气进行冷却，可获得降低NO
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生成量的最佳效果。
[0013](4)当冬季或公交车厢内不需要提供制冷能量的季节时，储气罐流出的LNG流动路径被切换，经储罐出口三通阀进入水冷却换热器，与来自发动机的冷却水进行热交换，并升温、气化，从水冷却换热器流出后，也经废冷器前三通阀进入废气冷却换热器，使来自排气管的再循环废气被冷却、温度降低，仍具有降低再循环废气温度的功能。
[0014]3.有益效果是：
[0015]采用本专利技术提供的技术方案，与已有公知技术相比，具有如下显著效果：
[0016](1)本专利技术配置的废气冷却换热器，通过LNG与来自发动机排气管再循环废气的热量交换，废气被冷却后温度降低，既可降低循环废气与新鲜空气混合温度，提高充气效率及发动机功率，又可降低燃烧最高温度和NO
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的生成量。经测试，再循环废气温度每降低40℃，与再循环废气不冷却相比，发动机功率可提高3％～4％，NO
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排放量可减少5％左右，在环境温度高的夏季效果更佳，可保证发动机达到NO
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的国六排放限值标准；
[0017](2)废气冷却换热器采用管壳式换热器，具有结构紧凑、运行可靠的特点；由于冷
热两种流体温差大，且因采用逆流换热，换热效率和对废气的降温效果远远高于采用空气冷却的换热方式；换热器外壳壳体上设置膨胀节有效解决了LNG流体与废气两种流体温差本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LNG发动机再循环废气冷却的方法，基于一种LNG发动机再循环废气冷却的装置，包括LNG储气罐(1)、废气冷却换热器(11)、EGR电控阀(10)、冷能回收换热器(6)、水冷却换热器(7)、空气换热器(4)、储罐出口三通阀(19)、废冷器前三通阀(8)、发动机(14)、再循环废气引入管(20)；其特征在于所述的冷能回收换热器(6)的吸热侧流体进口通过储罐出口三通阀(19)与LNG储气罐(1)相连，其出口通过废冷器前三通阀(8)与废气冷却换热器(11)吸热侧流体进口相连；所述废气冷却换热器吸热侧为LNG流体，放热侧流体为再循环废气；再循环废气来自发动机排气管(15)，放热侧流体出口经再循环废气引入管(20)与进气管的前段相连；废气冷却换热器(11)吸热侧流体出口也与进气管的后段(靠近进气门处)相连；EGR出口(9)与EGR电控阀(10)相连，EGR电控阀(10)又与废气冷却换热器(11)相连，所述EGR电控阀(10)受发动机ECU控制；所述废气冷却换热器(11)内部采用管壳式换热器结构，均匀等间距排列的圆形换热管(23)固定在位于换热器壳体两端的固定管板上，圆形换热管的管内为LNG流动通道，换热管的外壁与废气冷却换热器壳体之间组成空间为废气流动通道(21)，换热器外壳为圆柱形，换热器外壳的中部设置一膨胀节(22)；吸热侧的LNG流体从废气冷却换热器(11)的左侧下部的入口流入，从废气冷却换热器的右侧上部出口流出；放热侧的再循环废气从废气冷却换热器的右侧上部入口进入，经废气流动通道，从废气冷却换热器的左侧下部出口流出；所述水冷却换热器(7)的进水口经冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：范从山，王万川，王波，王武林，
申请(专利权)人：扬州工业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：