使用排气和电加热部件汽化甲醇的制作方法

1.本发明总体上涉及汽化甲醇，并且例如涉及使用排气和/或电加热部件来汽化甲醇。


背景技术：

2.由于甲醇的高汽化潜热，在甲醇到达发动机的气缸之前汽化甲醇是一项困难的任务，尤其是当试图将甲醇注入发动机的进气系统时。即使在与进气系统相关联的空气流中具有足够量的能量的情况下，甲醇液滴在到达气缸之前的足够量的时间内可能不汽化(由于甲醇的汽化潜热)。换句话说，甲醇液滴在到达气缸之前不会汽化。甲醇液滴尺寸和部件(与进气系统相关)的相对较冷的温度进一步加剧了在甲醇到达气缸之前汽化甲醇的困难。
3.中国实用新型第cn207673468u号('468参考文献)公开了一种用于燃气轮机和内燃机的醇基液化气供给装置。'468参考文献进一步公开了，为了实现内燃机的驱动，本设备使用发动机排气的废热来加热气化罐。
4.虽然'468参考文献公开了使用发动机排气的废热来气化罐，但是'468参考文献没有具体地阐述甲醇的汽化潜热，其使得在甲醇到达发动机的气缸之前甲醇的汽化复杂化。
5.本发明的系统解决了上述一个或多个问题和/或本领域中的其它问题。


技术实现要素：

6.在一些实现中，系统包括第一罐，其含有甲醇；第二罐，其被配置为接收来自所述第一罐的所述甲醇的一部分；热交换器，其被配置为从排气向所述第二罐提供热量以增加所述第二罐中的所述甲醇的一部分的温度，从而产生汽化甲醇，并且其中所述汽化甲醇的压力使得所述汽化甲醇被提供至与发动机相关联的进气系统；以及阀，其被配置为使所述第二罐中的所述汽化甲醇的一部分被提供给所述第一罐以降低所述汽化甲醇的温度或所述汽化甲醇的压力中的至少一个。
7.在一些实现中，系统包括第一甲醇罐；第二甲醇罐，其连接到第一罐；第一阀，其流体连接到所述第一甲醇罐和所述第二甲醇罐；热交换器，其连接到所述第二甲醇罐和离开涡轮增压器的涡轮的排气流；以及第二阀(例如，进气阀)，其流体连接到第二甲醇罐和发动机的进气系统。
8.在一些实现中，系统包括发动机；第一罐，其含有甲醇；第二罐，其含有来自第一罐的甲醇的一部分；热交换器，其被配置为将排气从涡轮增压器的涡轮提供到所述第二罐以增加所述第二罐中的所述甲醇的一部分的温度，从而产生汽化甲醇，其中所述汽化甲醇的压力使得所述汽化甲醇从所述第二罐提供到与所述发动机相关联的进气系统；阀，其被配置为控制所述汽化甲醇的一部分从所述第二罐到所述第一罐的流动；以及控制器，其配置为控制所述阀的操作。
附图说明
9.图1是在此描述的示例动力系统的图。
10.图2是在此描述的示例动力系统的图。
具体实施方式
11.本发明涉及一种用于汽化甲醇的系统，该系统被提供到与发动机相关联的进气系统。例如，该系统可以包括含有甲醇的第一甲醇罐和与第一甲醇罐流体连接的第二甲醇罐。第二甲醇罐可以配置为接收来自第一甲醇罐的甲醇的一部分。该系统可以进一步包括连接到第二甲醇罐和涡轮增压器的涡轮的热交换器。热交换器可以被配置为从来自涡轮的排气向第二甲醇罐提供热量。在一些实现中，可以从排气流中的任何地方提供热量。例如，可以从排气歧管向第二甲醇罐提供热量。
12.热量可以增加第二甲醇罐中的甲醇的一部分的温度，以产生汽化甲醇。例如，可以将第二甲醇罐中的甲醇的一部分加热至高于其沸点的温度。作为升高温度的结果，汽化甲醇的压力可足以使汽化甲醇(例如，加压的甲醇蒸气)经由进气阀(gav)或螺线管进气阀(sogav)进入进气系统。该系统可以进一步包括电加热部件以提供相对于经由热交换器提供的热量(例如，来自经由涡轮的排气和/或来自排气流)的附加或补充热量。当与发动机相关联的温度(例如，排气温度)不满足发动机温度阈值时(例如，当与发动机相关联的温度是冷温度时)和/或在与发动机相关联的负载不满足发动机负载阈值的情况下，电加热部件可提供热量。
13.通过使用来自排气流(离开涡轮增压器的涡轮)的热量和/或来自电加热部件的热量来提高甲醇的温度，该系统可以确保第二甲醇罐中的甲醇在甲醇被提供给发动机的气缸之前被汽化。该系统可以进一步包括阀，该阀被配置为使第二甲醇罐中的汽化甲醇的一部分被提供给第一甲醇罐以降低第二甲醇罐中的汽化甲醇的温度和/或汽化甲醇的压力。当将汽化甲醇提供至第一甲醇罐时，汽化甲醇将经历冷凝，并且因此，汽化甲醇可以返回至液体形式。
14.图1是在此描述的示例动力系统100的图。动力系统100在本文中可被描述为压缩点火内燃发动机。然而，动力系统100可包括任何其它类型的内燃机，例如火花、激光或等离子点火发动机。动力系统100可由例如蒸馏柴油燃料、生物柴油、二甲醚、醇、乙醇、甲醇、气体燃料(例如氢气、天然气、丙烷和/或其任何组合)的燃料供给燃料。
15.图1的动力系统100包括具有多个气缸110(图1的发动机105示出为具有六个气缸110)的发动机组105(在此称为“发动机105”)。活塞组件可以包括在每个气缸110内以在每个气缸110内形成燃烧室。动力系统100可包括任何数量的燃烧室，并且燃烧室可布置成直列式配置、“v”形配置或任何其它合适的配置。
16.动力系统100可包括多个系统。例如，如图1的示例所示，动力系统100可包括进气或进气系统115、排气系统120和排气再循环(egr)系统125。进气系统115可配置为将空气或空气和燃料的混合物(例如，空气和诸如排气的另一气体的混合物)引导到动力系统100中以用于随后的燃烧。排气系统120可以将燃烧产物排出或释放到动力系统100外部的大气中。egr系统125的再循环回路可以被配置为用于将来自排气系统120的排气的一部分引导回到进气系统115中用于随后的燃烧。
17.进气系统115可以包括多个部件，这些部件协调以调节压缩空气并将压缩空气引入气缸110。例如，进气系统115可以包括位于涡轮增压器155的压缩机150下游的混合器130、进气节流阀(itv 135)和/或进气歧管140。进气系统115将空气供给到与各个气缸110相关联的可变致动阀145。在一些示例中，动力系统100可包括提供固定气门正时的标准凸轮。在一些实现中，进气系统115可以包括空气冷却器、过滤部件和/或压缩机旁路部件等。
18.排气系统120可以包括多个部件，所述多个部件协作以调节和引导来自气缸110的排气到大气。例如，排气系统120可包括排气通道160、由流过排气通道160的排气驱动的涡轮165、位于涡轮165下游的诸如柴油机微粒过滤器(dpf)的微粒收集装置170，以及流体连接到微粒收集装置170的排气后处理装置175(例如，后处理选择性催化还原(scr)部件)。
19.涡轮165可以被定位成接收离开气缸110的排气并且可以通过涡轮增压器轴180连接到进气系统115的压缩机150上以便形成涡轮增压器155。涡轮增压器轴180可以是涡轮165和压缩机150的共用轴，使得涡轮165的旋转速度对应于压缩机150的旋转速度。如本文所述，涡轮增压器155的转速可以对应于或基于涡轮增压器轴180的转速。当离开气缸110的排气流动通过涡轮165并抵靠其叶片膨胀时，涡轮165可旋转并驱动压缩机150以将进气加压到混合器130。
20.排气后处理装置175可以接收来自涡轮165的排气并且捕集或转化该气体流中的特定成分。在一个示例中，排气后处理装置175可以体现为具有位于还原剂喷射器下游的催化剂基底的scr部件。在一些情况下，排气的一部分可以经由导管185被提供到egr系统125中。
21.图1的动力系统100包括控制器190和传感器系统195。在一些示例中，控制器190可以包括电子控制模块(ecm)。控制器190可以控制与动力系统100相关联的一个或多个部件的操作，如本文所述。例如，控制器190可以控制一个或多个阀的打开和/或关闭、控制泵的操作，和/或控制电加热部件的操作，如本文所述。
22.控制器190可以执行指令以执行各种控制功能和过程来控制动力系统100。控制器190可包括配置为执行发动机控制功能的任何适当类型的发动机控制系统，使得动力系统100可适当地操作。此外，控制器190还可控制车辆或机器的另一系统，例如传动系统、液压系统等。
23.传感器系统195可提供由控制器190使用的数据以控制与动力系统100相关联的一个或多个部件的操作，如本文所述。传感器系统195可以包括基于计算模型和/或一个或多个测量值生成数据的物理传感器装置和/或虚拟传感器和/或任何适当类型的测量系统。数据可以包括温度数据、压力数据、流速数据等。
24.如上所述，图1是作为示例提供的。其他示例也是可能的，并且可以与结合图1所描述的不同。
25.图2是在此描述的示例动力系统200的图。如图2所示，动力系统200包括发动机105、压缩机150、涡轮增压器155、涡轮165、控制器190和传感器系统195。上面已经结合图1描述了动力系统200的这些元件。如图2所示，动力系统200还包括第一甲醇罐210、第二甲醇罐215、第一阀220、泵225、热交换器230、第二阀235、电加热部件240、温度传感器装置245和压力传感器装置250。在一些实现中，在此描述的一个或多个燃料管线和/或导管可以包括双壁管。
26.第一甲醇罐210可以包括被配置为容纳甲醇的容器。第一甲醇罐210中的甲醇可以以液体形式提供(例如，在环境温度和环境压力下提供)。在一些情况下，第一甲醇罐210中的甲醇可以被预热。第二甲醇罐215可以包括被配置为接收来自第一甲醇罐210的甲醇的一部分的容器。如本文所述，可以加热第二甲醇罐215中的甲醇的一部分以产生汽化甲醇。如图2所示，第二甲醇罐215可以经由第一燃料管线255和第二燃料管线260连接到第一甲醇罐210。第一燃料管线255可以是被配置为经由泵225将来自第一甲醇罐210的甲醇的一部分提供到第二甲醇罐215的导管。泵225可以被配置为控制甲醇的一部分从第一甲醇罐210到第二甲醇罐215的流动。
27.第二燃料管线260可以是被配置为经由第一阀220将汽化甲醇从第二甲醇罐215提供到第一甲醇罐210的导管。在一些情况下，冷却部件可连接到第二燃料管线260。可以配置冷却部件(例如冷却器)以降低来自第二甲醇罐215的汽化甲醇的温度。在一些示例中，第一阀220可以包括安全阀，其被配置为控制汽化甲醇的一部分从第二甲醇罐215到第一甲醇罐210的流动。例如，可以打开第一阀220以使得汽化甲醇的一部分被提供至第一甲醇罐210以降低第二甲醇罐215中的汽化甲醇的压力和/或降低第二甲醇罐215中的汽化甲醇的温度。
28.如图2所示，第二甲醇罐215可以连接到热交换器230，并且热交换器230可以连接到涡轮165。热交换器230可以包括被配置为在两个或更多个部件之间提供(或传递)热量的一个或多个装置。例如，热交换器230可以配置为向第二甲醇罐215提供一部分热量(例如，来自由发动机105产生并通过涡轮165的排气)。被提供以加热第二甲醇罐215的排气的部分可以增加包含在第二甲醇罐215中的甲醇的一部分的温度，并因此产生汽化甲醇。例如，热交换器230可以接收来自涡轮165的废热并将废热提供给第二甲醇罐215以提高第二甲醇罐215中的甲醇的一部分的温度。
29.如图2所示，第二甲醇罐215可以经由第三燃料管线265流体连接到第二阀235。第三燃料管线265可以包括配置为将来自第二甲醇罐215的汽化甲醇提供至第二阀235的导管。在一些实现中，第三燃料管线265可以包括双壁管。在一些示例中，汽化甲醇的压力可以使汽化甲醇经由第二阀235提供至与发动机105相关联的进气系统115。换言之，汽化甲醇的压力可足以使用第二阀235使汽化甲醇(例如，加压的甲醇蒸气)进入进气系统115。
30.在一些示例中，第二阀235可以包括gav或sogav。如图2所示，第二阀235和压缩机150可通过导管270连接到进气系统115。
31.在一些示例中，电加热部件240可以向提供至第二甲醇罐215的甲醇的一部分提供热量(例如，与来自排气的热量一起，经由热交换器230提供至提供至第二甲醇罐215的甲醇的一部分)。例如，电加热部件240可配置为在与发动机105相关联的温度不满足发动机温度阈值的情况下和/或在与发动机105相关联的负载不满足发动机负载阈值的情况下提供附加或补充热量。温度可以包括冷却剂温度、排气温度等。
32.电加热部件240可包括一个或多个被配置为产生热量的装置。例如，电加热部件240可包括筒式加热器、加热带、电阻加热器等。如图2所示，电加热部件240可设置在第二甲醇罐210中。另外地或可选地，电加热部件240可以提供在第一甲醇罐210中，并且可以配置为在甲醇的一部分离开第一甲醇罐210之前增加提供至第二甲醇罐215的甲醇的一部分的温度。
33.另外地或可选地，电加热部件240可以设置在第一燃料管线255上(例如，在泵225
和第二甲醇罐215之间)。例如，电加热部件240可以缠绕在第一燃料管线255周围，并且可以被配置为在提供给第二甲醇罐215的甲醇的一部分之前，提高提供给第二甲醇罐215的甲醇的一部分的温度。附加地或替代地设置在第一燃料管线255上，电加热部件240可连接到热交换器230。在这点上，电加热部件240可配置为相对于由热交换器230提供并从排气接收的热量提供额外的热量。
34.温度传感器装置245可以包括能够感测、检测和/或测量离开第二甲醇罐215的汽化甲醇的温度(例如，第三燃料管线265上的汽化甲醇的温度)并产生指示温度的温度数据的一个或多个装置。压力传感器装置250可以包括能够感测、检测和/或测量离开第二甲醇罐215的汽化甲醇的压力(例如，第三燃料管线265上的汽化甲醇的压力)的一个或多个装置。
35.控制器190可配置为控制第一阀220、第二阀235、电加热部件240以及动力系统200的其它部件的操作，如本文所述。例如，控制器190可配置为基于温度数据和/或压力数据控制第一阀220、第二阀235、电加热部件240以及动力系统200的其它部件的操作。
36.在一些实现中，当控制第一阀220的操作时，控制器190可以配置为当温度数据指示汽化甲醇的温度超过第一温度阈值时或当压力数据指示汽化甲醇的压力超过第一压力阈值时，控制第一阀220以使汽化甲醇的一部分从第二甲醇罐215提供至第一甲醇罐210。例如，控制器190可以被配置为当温度数据指示汽化甲醇的温度超过第一温度阈值时或当压力数据指示汽化甲醇的压力超过第一压力阈值时使第一阀220打开。或者，控制器190可以被配置为当温度数据指示汽化甲醇的温度不超过第二温度阈值(其小于第一温度阈值)时或当压力数据指示汽化甲醇的压力不超过第二压力阈值时使第一阀220关闭。
37.在一些实现中，当控制第二阀235的操作时，控制器190可以被配置为基于温度数据和/或压力数据来控制第二阀235的打开持续时间。例如，持续时间可以是温度数据和/或压力数据的函数。例如，假设汽化甲醇的温度和汽化甲醇的压力各自独立地改变，持续时间可以随着汽化甲醇的温度增加或随着汽化甲醇的压力降低而增加。相反地，持续时间可以随着汽化甲醇的温度降低或随着汽化甲醇的压力增加而降低。
38.在一些实现中，当控制电加热部件240的操作时，控制器190可以被配置为当温度数据指示汽化甲醇的温度不超过第三温度阈值时和/或当压力数据指示汽化甲醇的压力不超过第三压力阈值时使电加热部件240被激活并产生热量。可替代地，控制器190可以被配置为当温度数据指示汽化甲醇的温度超过第四温度阈值时或当压力数据指示汽化甲醇的压力超过第四压力阈值时使电加热部件240停用并暂停产生热量。
39.如图2所示，控制器190可以包括存储器275和处理器280。存储器275包括随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)和/或另一类型的动态或静态存储装置(例如，闪存、磁存储器和/或光存储器)，其存储信息和/或指令以供处理器280使用以执行如本文所述的诸如控制动力系统200的一个或多个部件的操作的功能。
40.处理器280包括中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、加速处理单元(apu)、微处理器、微控制器、数字信号处理器(dsp)、现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)或另一类型的处理部件。处理器280以硬件、固件和/或硬件和软件的组合来实现。处理器280能够被编程以执行功能，例如控制动力系统200的一个或多个部件的操作，如本文所述。
41.在一些实现式中，动力系统200可以进一步包括压力调节器，其配置为控制提供至
第二阀235的汽化甲醇的压力。例如，压力调节器可以设置在第三燃料管路265上，传感器系统195的下游。压力调节器可以被配置为防止汽化甲醇的压力超过不同于上述阈值的第五压力阈值。在一些实现中，压力调节器可以由控制器190基于压力数据来控制。例如，当压力数据指示汽化甲醇的压力超过第五压力阈值时，控制器190可以使压力调节器降低汽化甲醇的压力。
42.虽然已经关于甲醇描述了前述示例，但是该示例可应用于其它醇燃料，例如乙醇，其它类似燃料源和/或其任何组合。如上所述，图2是作为示例提供的。其他示例也是可能的，并且可以与结合图2所描述的不同。
43.工业实用性
44.本发明涉及一种用于汽化甲醇的系统，该系统被提供到与发动机相关联的进气系统。例如，该系统可以包括含有甲醇的第一甲醇罐和连接到第一甲醇罐的第二甲醇罐。配置第二甲醇罐以接收来自第一甲醇罐的甲醇的一部分。该系统可以包括连接到第二甲醇罐和涡轮增压器的涡轮的热交换器。热交换器可以被配置为从来自涡轮的排气向第二甲醇罐提供热量。该系统还可包括电加热部件，以提供相对于通过热交换器提供的热量的附加或补充热量。
45.通常，由于甲醇的汽化潜热，在甲醇到达发动机的气缸之前汽化甲醇是一项困难的任务，尤其是当试图将甲醇注入发动机的进气系统时。例如，甲醇液滴可能不会在到达气缸之前的足够时间内汽化。
46.相反，通过使用来自排气的热量和/或来自电加热部件的热量增加甲醇的温度，系统可以确保甲醇在被提供到发动机的气缸之前被汽化。
47.上述公开提供了说明和描述，但并不旨在穷举或将实现限制为所公开的精确形式。可以根据上述公开内容进行修改和变化，或者可以从实现的实践中获得修改和变化。此外，在此描述的任何实现可以被组合，除非以上发明明确地提供了一个或多个实现不能被组合的原因。即使在权利要求中记载和/或在说明书中公开了特征的特定组合，这些组合并不旨在限制各种实现的公开。虽然下面列出的每个从属权利要求可能直接依赖于仅一个权利要求，但是各种实现的公开内容包括与权利要求集中的所有其他权利要求相结合的每个从属权利要求。
48.如这里所使用的，根据上下文，满足阈值可以指大于阈值、大于或等于阈值、小于阈值、小于或等于阈值、等于阈值、不等于阈值等的值。
49.如本文所用，“一”、“一个”和“一组”旨在包括一个或多个项目，并且可与“一个或多个”互换使用。此外，如本文所用，冠词“所述”旨在包括与冠词“所述”相关的一个或多个项目，并且可与“所述一个或多个”互换使用。此外，短语“基于”旨在表示“至少部分地基于”，除非另外明确说明。此外，如本文所用，术语“或”在以系列使用时旨在是包括性的，并且可与“和/或”互换使用，除非另外明确说明(例如，如果与“之一”或“仅之一”组合使用)。此外，为了便于描述，在此可以使用空间上相对的术语，例如“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等来描述一个元件或特征与如图所示的另一个元件或特征的关系。除了图中所示的取向之外，空间相对术语旨在包括使用或操作中的设备、装置和/或元件的不同取向。该设备可以以其他方式定向(旋转90度或以其他定向)，并且在此使用的空间相对描述符同样可以相应地解释。

技术特征：
1.一种系统，包括：第一甲醇罐；第二甲醇罐，其连接到所述第一甲醇罐；第一阀，其流体连接到所述第一甲醇罐和所述第二甲醇罐；热交换器，其连接到所述第二甲醇罐和离开涡轮增压器的涡轮的排气流；以及第二阀，其流体连接到第二甲醇罐和发动机的进气系统。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二阀包括进气阀(gav)或螺线管进气阀(sogav)。3.根据权利要求1和2中任一项所述的系统，其中所述第一阀经由第一燃料管线流体连接到所述第一甲醇罐和所述第二甲醇罐，其中所述第二甲醇罐经由第二燃料管线连接到所述第一甲醇罐，并且其中所述系统进一步包括：泵，其经由所述第二燃料管线连接到所述第一罐和所述第二罐上。4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，进一步包括：电加热部件，其中在所述第一甲醇罐中提供所述电加热部件，其中在所述第二甲醇罐中提供所述电加热部件，其中所述电加热部件设置在连接所述第一甲醇罐和所述第二甲醇罐的燃料管线上，或其中所述电加热部件连接到所述热交换器。5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，进一步包括：电加热部件；以及控制器，其被配置为：控制第一阀的操作；控制第二阀的操作；以及控制所述电加热部件的操作。6.一种系统，包括：含有甲醇的第一罐；第二罐，其被配置为接收来自所述第一罐的所述甲醇的一部分；热交换器，其被配置为用于从排气向所述第二罐提供热量以增加所述第二罐中的所述甲醇的一部分的温度，从而产生汽化甲醇，以及其中所述汽化甲醇的压力使得所述汽化甲醇被提供至与发动机相关联的进气系统；以及阀，其被配置为使所述第二罐中的所述汽化甲醇的一部分被提供给所述第一罐以降低所述汽化甲醇的温度或所述汽化甲醇的压力中的至少一个。7.根据权利要求6所述的系统，进一步包括：泵，其被配置为控制所述甲醇的一部分从所述第一罐到所述第二罐的流动。8.根据权利要求6和7中任一项所述的系统，其中所述阀是第一阀，并且其中所述汽化甲醇经由第二阀提供至所述吸入系统，并且其中所述第二阀包括进气阀(gav)或螺线管进气阀(sogav)。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的系统，进一步包括：温度传感器装置，其被配置为提供指示离开所述第二罐的所述汽化甲醇的温度的温度数据；压力传感器装置，其被配置为提供指示离开所述第二罐的所述汽化甲醇的压力的压力数据；以及控制器，其被配置为：接收所述温度数据或所述压力数据中的至少一个；基于所述温度数据或所述压力数据中的至少一个来控制所述第一阀的操作；以及基于所述温度数据或所述压力数据中的至少一个来控制所述第二阀的操作。10.根据权利要求6-9中任一项所述的系统，其中，为控制第二阀的操作，所述控制器配置为：基于所述温度数据或所述压力数据中的至少一个来控制所述第二阀的打开的持续时间。

技术总结
一种系统可以包括第一甲醇罐和连接到第一罐的第二甲醇罐。该系统可以包括流体连接到第一甲醇罐和第二甲醇罐的第一阀。该系统可以包括连接到第二甲醇罐的热交换器和离开涡轮增压器的涡轮的排气流。该系统可包括流体连接到发动机的进气系统的第二阀。到发动机的进气系统的第二阀。到发动机的进气系统的第二阀。


技术研发人员：K
受保护的技术使用者：卡特彼勒公司
技术研发日：2022.11.30
技术公布日：2023/6/14