一种天然气发动机冷却系统的制作方法

1.本发明实施例涉及冷却技术，尤其涉及一种天然气发动机冷却系统。


背景技术：

[0002][0003]
在实际使用中，天然气供给模块提供的低压天然气，由于低压天然气经过减压压缩处理，在减压过程中由于需要吸收大量的热量，为防止减压器结冰，须用发动机冷却液在减压器里对燃气进行加热，加热过程需要设计专门的换热器，这样增加了成本，不利于总体效率提升。
[0004]
另外，天然气发动机夏季热启动工况时，空气进气温度过高导致发动机的动力性差，还会造成nox排放过高，污染环境；或者天然气发动机冬季启动工况时，空气进气温度较低，不利于燃烧导致发动机的动力性与较差；现有技术会通过单独设置进气换热器以将进气热量排出或者提高进气温度；同时发动机系统中发动机排放模块排出的热量不能够有效利用，不利于总体效率提升。


技术实现要素：

[0005]
本发明提供一种天然气发动机冷却系统，以将进气模块、排气模块和天然气供给模块之间的热量进行按需交换，达到冷却排气、满足进气温度合适温度，同时对天然气进行加热多重效果；另外，与进气、天然气供给各模块独立运行的方案相比，本方案还减少了换热器的数量，使得系统结构简单，成本低廉。
[0006]
本发明实施例提供了一种天然气发动机冷却系统，该系统包括：天然气供给模块、进气模块、排气模块、第一换热模块、第二换热模块及发动机；
[0007]
所述天然气供给模块与所述发动机通过第一气体管路相接；
[0008]
所述进气模块与所述发动机通过第二气体管路相接；
[0009]
所述天然气供给模块包括第一换热管路出口及第二换热管路入口；所述进气模块包括第一换热管路入口及第二换热管路出口；所述第一换热管路出口通过所述第一换热模块与所述第一换热管路入口相连通；所述第二换热管理出口通过所述换热模块与所述第二换热管路入口相连通；
[0010]
所述第二换热模块包括第三换热管路及第四换热管路；所述排气模块与所述发动机通过第三气体管路相接；所述天然气供给模块还包括第三换热管路出口及第四换热管路入口；所述排气模块包括第三换热管路入口及第四换热管路出口；所述第三换热管路出口通过所述第二换热模块与所述第三换热管路入口相连通；所述第四换热管理出口通过所述第二换热模块与所述第四换热管路入口相连通。
[0011]
可选的，所述天然气供给模块包括天然气储存单元、滤清单元及减压器；所述天然气储存单元、所述滤清单元、所述减压器及所述发动机依次通过气体管路相连接；
[0012]
所述滤清单元，用于对所述天然气储存单元中的高压天然气进行过滤；
[0013]
所述减压器，用于将过滤后的高压天然气减压处理输出低压天然气。
[0014]
可选的，所述天然气供给模块还包括：电磁阀；
[0015]
所述电磁阀串联连接与所述减压器及所述滤清单元之间。
[0016]
可选的，所述进气模块包括：空滤、增压器及中冷器；所述空滤、所述增压器、所述中冷器及所述发动机通过气体管路相连接；
[0017]
所述空滤，用于对外界空气进行过滤；
[0018]
所述增压器，用于对过滤后的外界空气增压处理；
[0019]
所述中冷器，用于对所述增压器压缩后的外界空气进行冷却。
[0020]
可选的，所述第一换热模块包括：第一开关阀、第一温度传感器、第二开关阀及第二温度传感器；
[0021]
所述第一温度传感器及所述第一开关阀串联连接于所述第一换热管路出口与所述第一换热管路入口之间；
[0022]
所述第二温度传感器及第二开关阀串联连接于所述第二换热管理出口与所述第二换热管路入口之间。
[0023]
可选的，所述排气模块包括：排气存储单元、催化器及排气单元；所述发动机、所述排气存储单元、所述催化器及所述排气单元依次通过气体管路相连接；
[0024]
所述排气存储单元，用于存储所述发动机排出的废气；
[0025]
所述催化器，用于将所述发动机排出的废气催化处理；
[0026]
所述排气单元，用于将催化处理后的废气排出。
[0027]
可选的，所述第二换热模块包括：第三开关阀、第三温度传感器、第四开关阀及第四温度传感器；
[0028]
所述第三温度传感器及所述第三开关阀串联连接于所述第三换热管路出口与所述第三换热管路入口之间；
[0029]
所述第四温度传感器及第四开关阀串联连接于所述第四换热管理出口与所述第四换热管路入口之间。
[0030]
可选的，所述排气存储单元为换热器；
[0031]
所述换热器，用于将所述发动机排出的废气与外界空气换热。
[0032]
本发明实施例，天然气供给模块与所述发动机通过第一气体管路相接；这样天然气供给模块通过第一气体管路向所述发动机提供天然气；进气模块与所述发动机通过第二气体管路相接，这样进气模块通过第二气体管路向所述发动机提供氧气环境；由于天然气供给模块向发动机提供的天然气温度较低，夏季进气模块向发动机提供的氧气温度较高，第一换热管路出口通过所述第一换热管路与所述第一换热管路入口相连通；所述第二换热管理出口通过所述第二换热管路与所述第二换热管路入口相连通；这样天然气供给模块通过第一换热模块与所述进气模块换热；可以达到对天然气供给模块加热及对进气模块散热的目的；另外，所述排气模块与所述发动机通过第三气体管路相接；这样排气模块通过第三气体管路将所述发动机内的废气排出；一般地，排气模块排出的废气温度较高，所述第三换热管路出口通过所述第三换热管路与所述第三换热管路入口相连通；所述第四换热管理出口通过所述第四换热管路与所述第四换热管路入口相连通；所述排气模块通过第二换热模块与所述天然气供给模块，进一步达到对天然气供给模块加热；还达到对排气模块散热的
目的，这样对排气模块产生的热量能够有效利用，提升发动机热效率，降低燃气消耗率；
[0033]
再者，冬季时进气模块向发动机提供的氧气温度较低，进气模块通过第一换热模块及第二换热模块与所述排气模块换热，可以达到对进气模块加热及对排气模块散热的目的；如此本方案将进气模块、排气模块和天然气供给模块之间的热量进行按需交换，达到冷却排气、进气温度满足合适温度；同时对天然气进行加热的多重效果。另外，与进气、天然气供给各模块独立运行的方案相比，本方案还减少了换热器的数量，使得系统结构简单，成本低廉。
附图说明
[0034]
图1是本发明实施例提供的一种天然气发动机冷却系统的结构示意图；
[0035]
图2是本发明实施例提供的一种天然气发动机冷却系统的具体结构示意图。
具体实施方式
[0036]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0037]
图1是本发明实施例提供的一种天然气发动机冷却系统的结构示意图，如图1所示，该天然气发动机冷却系统包括：天然气供给模块10、进气模块20、排气模块30、第一换热模块40、第二换热模块50及发动机60；天然气供给模块10与发动机60通过第一气体管路相接；进气模块20与发动机60通过第二气体管路相接；
[0038]
第一换热模块40包括第一换热管路及第二换热管路；天然气供给模块10包括第一换热管路出口a及第二换热管路入口b；进气模块20包括第一换热管路入口c及第二换热管路出口d；第一换热管路出口a通过第一换热管路与第一换热管路入口c相连通；第二换热管路出口d通过第二换热管路与第二换热管路入口b相连通；
[0039]
第二换热模块50包括第三换热管路及第四换热管路；排气模块30与发动机60通过第三气体管路相接；天然气供给模块10还包括第三换热管路出口a1及第四换热管路入口b1；排气模块30包括第三换热管路入口e及第四换热管路出口f；第三换热管路出口a1通过第三换热管路与第三换热管路入口e相连通；第四换热管理出口f通过第四换热管路与第四换热管路入口相连通b1。
[0040]
其中，天然气供给模块10通过第一气体管路可以向发动机60提供天然气；天然气供给模块10向发动机60提供的天然气为低压天然气，由于低压天然气经过减压压缩处理，在减压过程中需要吸收大量的热量，导致天然气供给模块10内的天然气温度较低；进气模块20通过第二气体管路向发动机60提供氧气环境；一般地，夏季工况下进气模块20向发动机60提供的空气温度较高；
[0041]
为防止天然气温度较低进一步导致结冰及进气模块20内的气体温度过高；本实施例中天然气供给模块10通过第一换热模块40与进气模块20换热，具体的，天然气供给模块10内的低压天然气可以通过第一换热管路出口a、第一换热管路与第一换热管路入口c进入进气模块20内，进入进气模块20内的低压天然气与高压空气进行换热(可以理解的是，进入进气模块20内的低压天然气是进入进气模块20内的单独气体管路，而非与进气模块20内的
氧气直接混合)，换热后高压空气温度降低，低压天然气温度变高；温度变高的天然气再通过第二换热管路出口d、第二换热管路及第二换热管路入口b进入天然气供给模块10以将温度变高的天然气输送至发动机60参与燃烧；如此达到了对天然气供给模块10加热及对进气模块20散热的目的；
[0042]
一般地，发动机60通过排气模块30将废气排出，废气热量较高；为达到对排气模块30产生热量的有效利用，本实施例中排气模块30可以通过第二换热模块50与天然气供给模块10换热，具体的，天然气供给模块10内的低压天然气可以通过第三换热管路出口a1、第三换热管路与第三换热管路入口e进入排气模块30内(可以理解的是，进入排气模块30内的低压天然气是进入排气模块30内的单独气体管路，而非与排气模块20内的废气直接混合)，进入排气模块30内的低压天然气与高热废气进行换热，换热后废气温度降低，低压天然气温度变高；温度变高的天然气再通过第四换热管路出口f、第四换热管路及第四换热管路入口b1进入天然气供给模块10以将温度变高的天然气输送至发动机60参与燃烧；这样进一步达到对天然气供给模块10加热，还达到对排气模块30散热的目的；
[0043]
另外，冬季工况下进气模块20向发动机60提供的空气温度较低；发动机60通过排气模块30将废气排出，废气热量较高；为防止废气热量较高及进气模块20内的空气温度较低；本实施例中排气模块30可以通过第一换热模块40及第二换热模块50与进气模块20换热，具体的，进气模块20内的氧气通过第二换热管路进入天然气供给模块10(同样可以理解的是，进入天然气供给模块10内的氧气可以进入单独的气体管路)，由于初始状态时，天然气供给模块10内的天然气温度较低，这样进入天然气供给模块10内的氧气与天然气几乎换热量0，接着进入天然气供给模块10内的氧气通过第三换热管路再进入排气模块30内，较低温度的氧气与温度较高的排气换热，这样氧气温度变高，排气温度变低，温度变高的氧气再经过第四管路进入天然气供给模块10(同样可以理解的是，进入天然气供给模块10内的较高温度的氧气可以进入单独的气体管路))，由于一段时间后，天然气供给模块10内的天然气与排气模块30内的排气已经完成换热，此时天然气供给模块10内的天然气温度较高，温度变高的氧气与此时的天然气几乎换热量为0，这样温度变高的氧气再经过第二换热管路回到进气模块20内，如此达到对排气模块20散热的目的，达到提高冬季进气温度的效果；
[0044]
如此本方案将进气模块20、排气模块30和天然气供给模块10之间的热量进行按需交换，达到冷却排气，降低热量损耗，提升系统热效率；冬夏季进气温度满足合适温度；同时对天然气进行加热的多重效果，另外，与进气、天然气供给各模块独立运行的方案相比，本方案还减少了换热器的数量，使得系统结构简单，成本低廉。
[0045]
可选的，图2是本发明实施例提供的一种天然气发动机冷却系统的具体结构示意图，如图2所示，天然气供给模块10包括天然气储存单元11、滤清单元12及减压器13；天然气储存单元11、滤清单元12、减压器13及发动机60依次通过气体管路相连接；滤清单元12，用于对天然气储存单元11中的高压天然气进行过滤；减压器13，用于对将过滤后的高压天然气减压处理输出低压天然气。其中，高压天然气在提供给发动机60燃烧做功之前，需要将高压天然气通过减压器13转化为低压天然气，以便于参与燃烧；示例性的，减压器13转化为低压气态天然气的压强为7bar-9bar。
[0046]
可选的，参照图2，天然气供给模块10还包括：电磁阀14；电磁阀14串联连接与减压器13及滤清单元12之间。电磁阀14为天然气供给模块10中燃气管道的安全紧急切断装置；
与报警控制终端模块连接，实现现场或远程紧急切断气源，确保使用天然气供给安全。
[0047]
可选的，参照图2，进气模块20包括：空滤21、增压器22及中冷器23；空滤21、增压器22、中冷器23及发动机60通过气体管路相连接；空滤21，用于对外界空气进行过滤，保证进气的清洁度；增压器22，用于对过滤后的外界空气增压处理；中冷器23，用于对增压器压缩后的外界空气进行冷却。其中，增压器22可以采用废气涡轮驱动或电驱动，对进气进行压缩，可以提高进气压力和密度，从而提高进入发动机60的空气流量，保证发动机足够的功率输出。由于空气经过压缩后，温度过高，不利于发动机燃烧，采用中冷器23对增压器压缩后的外界空气进行冷却，使得进气温度适宜，有利于发动机燃烧。
[0048]
可选的，参照图2，第一换热模块40包括：第一温度传感器41、第一开关阀42、第二温度传感器43及第二开关阀44；第一温度传感器41及第一开关阀41串联连接于第一换热管路出口a与第一换热管路入口c之间；第二温度传感器43及第二开关阀44串联连接于第二换热管理出口d与第二换热管路入口b之间。
[0049]
具体的，第一温度传感器41可以检测天然气温度，当天然气温度达到第一预设温度时，第一开关阀42开启，减压器13内的低压天然气通过第一开关阀42进入中冷器23中进行气化(一般地，夏天工况下中冷器23内的氧气温度依然比较高)，这样气化后低压天然气温度变高，高压空气温度降低；第二温度传感器43当检测到天然气温度升高到第二预设温度时，第二开关阀44开启，温度变高的低压天然气重新进入减压器13内，然后输送至发动机60参与燃烧，如此达到了对天然气供给模块10加热及对进气模块20散热的目的。可以理解的是，本实施例中第一预设温度与第二预设温度的设置根据实际场景而定，只需使发动机在整个工作范围内都具有合适的天然气进气温度及空气进气温度。
[0050]
可选的，参照图2，排气模块30包括：排气存储单元31、催化器32及排气单元33；发动机60、排气存储单元31、催化器32及排气单元33依次通过气体管路相连接；排气存储单元31，用于存储发动机排出的废气；催化器32，用于将发动机排出的废气催化处理；示例性的，对发动机60燃烧产生的污染物如氮氧化物等进行催化，转化为对环境无害的气体；排气单元33，用于将催化处理后的废气排出。
[0051]
可选的，参照图2，第二换热模块50包括：第三温度传感器51、第三开关阀52、第四温度传感器53及第四开关阀54；第三温度传感器51及第三开关阀52串联连接于第三换热管路出口a1与第三换热管路入口e之间；第四温度传感器53及第四开关阀54串联连接于第四换热管路出口f与第四换热管路入口b1之间。
[0052]
具体的，第三温度传感器51可以检测天然气温度，当天然气温度达到第三预设温度时，第三开关阀52开启，减压器13内的低压天然气通过第三开关阀52进入排气存储单元31中进行热量交换(一般地，排气存储单元31内的废气热量很高)，天然气气化后吸热导致废气温度降低，低压天然气温度变高；第四温度传感器53当检测到天然气温度升高至第四预设温度时，第四开关阀54开启，温度变高的低压天然气重新进入减压器13内，然后输送至发动机60参与燃烧，如此达到了对天然气供给模块10加热及对排气模块30散热的目的。可以理解的是，第三预设温度与第四预设温度的设置可根据实际场景而定，只需使发动机在整个工作范围内都具有合适的天然气进气温度及废气排气温度。
[0053]
另外还需说明的是，在冬季工况下，中冷器23内的进气温度较低，第二温度传感器还可以检测冬季进气温度，当冬季进气温度达到第五预设温度时，则第二开关阀44开启，中
冷器23内的氧气通过第二开关阀44进入减压器13内，由于初始状态时，减压器13内的天然气温度较低，这样进入减压器13内的氧气与天然气几乎换热量0；接着第三温度传感器还检测进入减压器13内的氧气温度，当其达到第六预设温度时，则第三开关阀52开启，温度较低的氧气进入排气存储单元31，温度较低的氧气与温度较高的排气进行换热，这样氧气温度变高，第四温度传感器检测到氧气温度达到第七预设温度时，则第四开关阀54开启，温度较高的氧气进入减压器13内，由于一段时间后，减压器13内的天然气与排气模块30内的排气已经完成换热，此时减压器13内的天然气温度较高，温度变高的氧气与此时的天然气几乎换热量为0；这样第一温度传感器41还检测进入减压器13内的氧气温度达到第八预设温度时，第一开关阀42开启，这样温度较高的氧气回到中冷器23内，如此提高了冬季进气温度，还达到了对排气的散热目的。可以理解的是，本实施例中第五、六、七、八预设温度的设置根据实际场景而定，只需使发动机在整个工作范围内都具有合适的进气温度及排气温度。
[0054]
可选的，参照图2，排气存储单元31为换热器；换热器，用于将发动机排出的废气与外界空气换热。其中，排气存储单元31为换热器，换热器可以将将发动机排出的废气与外界空气换热；进一步提高了对排气模块30产生的热量有效利用，提升了发动机热效率，降低燃气消耗率。
[0055]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

技术特征：
1.一种天然气发动机冷却系统，其特征在于，包括：天然气供给模块、进气模块、排气模块、第一换热模块、第二换热模块及发动机；所述天然气供给模块与所述发动机通过第一气体管路相接；所述进气模块与所述发动机通过第二气体管路相接；所述第一换热模块包括第一换热管路及第二换热管路；所述天然气供给模块包括第一换热管路出口及第二换热管路入口；所述进气模块包括第一换热管路入口及第二换热管路出口；所述第一换热管路出口通过所述第一换热管路与所述第一换热管路入口相连通；所述第二换热管理出口通过所述第二换热管路与所述第二换热管路入口相连通；所述第二换热模块包括第三换热管路及第四换热管路；所述排气模块与所述发动机通过第三气体管路相接；所述天然气供给模块还包括第三换热管路出口及第四换热管路入口；所述排气模块包括第三换热管路入口及第四换热管路出口；所述第三换热管路出口通过所述第三换热管路与所述第三换热管路入口相连通；所述第四换热管理出口通过所述第四换热管路与所述第四换热管路入口相连通。2.根据权利要求1所述的天然气发动机冷却系统，其特征在于，所述天然气供给模块包括天然气储存单元、滤清单元及减压器；所述天然气储存单元、所述滤清单元、所述减压器及所述发动机依次通过气体管路相连接；所述滤清单元，用于对所述天然气储存单元中的高压天然气进行过滤；所述减压器，用于将过滤后的高压天然气减压处理输出低压天然气。3.根据权利要求2所述的天然气发动机冷却系统，其特征在于，所述天然气供给模块还包括：电磁阀；所述电磁阀串联连接与所述减压器及所述滤清单元之间。4.根据权利要求1所述的天然气发动机冷却系统，其特征在于，所述进气模块包括：空滤、增压器及中冷器；所述空滤、所述增压器、所述中冷器及所述发动机通过气体管路相连接；所述空滤，用于对外界空气进行过滤；所述增压器，用于对过滤后的外界空气增压处理；所述中冷器，用于对所述增压器压缩后的外界空气进行冷却。5.根据权利要求1所述的天然气发动机冷却系统，其特征在于，所述第一换热模块包括：第一开关阀、第一温度传感器、第二开关阀及第二温度传感器；所述第一温度传感器及所述第一开关阀串联连接于所述第一换热管路出口与所述第一换热管路入口之间；所述第二温度传感器及第二开关阀串联连接于所述第二换热管理出口与所述第二换热管路入口之间。6.根据权利要求1所述的天然气发动机冷却系统，其特征在于，所述排气模块包括：排气存储单元、催化器及排气单元；所述发动机、所述排气存储单元、所述催化器及所述排气单元依次通过气体管路相连接；所述排气存储单元，用于存储所述发动机排出的废气；所述催化器，用于将所述发动机排出的废气催化处理；所述排气单元，用于将催化处理后的废气排出。
7.根据权利要求1所述的天然气发动机冷却系统，其特征在于，所述第二换热模块包括：第三开关阀、第三温度传感器、第四开关阀及第四温度传感器；所述第三温度传感器及所述第三开关阀串联连接于所述第三换热管路出口与所述第三换热管路入口之间；所述第四温度传感器及第四开关阀串联连接于所述第四换热管理出口与所述第四换热管路入口之间。8.根据权利要求6所述的天然气发动机冷却系统，其特征在于，所述排气存储单元为换热器；所述换热器，用于将所述发动机排出的废气与外界空气换热。

技术总结
本发明公开一种天然气发动机冷却系统。该系统包括：天然气供给模块、进气、排气模块、第一、第二换热模块及发动机；供给模块与发动机通过第一气体管路相接；进气模块与发动机通过第二气体管路相接；各换热模块包括两个换热管路；供给模块包括第一、三换热管路出口及第二、四换热管路入口；进气模块包括第一换热管路入口及第二换热管路出口；第一、二换热管路出口通过换热管路分别与第一、二换热管路入口相连通；排气模块与发动机通过第三气体管路相接；排气模块包括第三换热管路入口及第四换热管路出口；第三、四换热管路出口通过换热管路分别与第三、四换热管路入口相连通；达到了冷却排气、满足进气温度合适温度，对天然气进行加热的多重效果。热的多重效果。热的多重效果。


技术研发人员：王卓 吴乃鹏 张强 卢德平 刘国昌 王玉猛
受保护的技术使用者：中国第一汽车股份有限公司
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/6/26