一种带高温EGR的变组分气体机供给系统及其供给方法与流程

一种带高温egr的变组分气体机供给系统及其供给方法
技术领域
1.本发明涉及一种气体燃料发动机供给系统，具体涉及一种带高温egr的变组分气体机供给系统及其供给方法。


背景技术：

2.煤层气是煤的伴生矿产资源，热值是煤的2～5倍，属于非常规天然气，习惯性称为瓦斯。开发利用煤层气资源能大幅增加气化云南气源多源性，减少煤矿瓦斯对空排放量，有效缓解温室效应，同时能遏制矿井瓦斯事故，达到安全生产。由于中国是产煤大国之一，煤层气产量和储存丰富，可将其作为接替常规天然气的后备资源。
3.但是煤层气组成复杂，还包含少量的氮气、二氧化碳等不可燃烧的物质，并且各种组分会受多种因素影响而发生变化，使其在缸内燃烧不稳定。在燃烧过程中，由于氮气、二氧化碳等不可燃烧的物质的存在，使得煤层气较天然气反应活性更低。需要采用特殊的结构，使得煤层气主要组分比例保持相对稳定，同时提高其反应活性，保证其高效燃烧。
4.公开号cn212154987u涉及一种天然气发动机高低压egr控制系统，能够增加egr系统的驱动力，从而实现较高的egr率，但是该控制系统适用于供给燃料组分稳定的情况，并未考虑燃料组分变化对燃料燃烧的影响。


技术实现要素：

5.本发明为了解决现有气体燃料发动机供给系统无法解决燃料组分变化对燃料燃烧的影响的问题，进而提出一种带高温egr的变组分气体机供给系统及其供给方法。
6.本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
7.一种带高温egr的变组分气体机供给系统包括排气背压调节阀、尾气氧传感器、排气总管、进气总管、节气门、燃气汇流总管、煤层气供气调节阀、煤层气供气管路、天然气供气调节阀、天然气供气管路和控制单元，进气总管上连接有节气门，煤层气供气管路和天然气供气管路的进气端分别与燃气汇流总管的进气端连接，煤层气供气管路上连接有煤层气供气调节阀，天然气供气管路上连接有天然气供气调节阀，燃气汇流总管的出气端与进气总管连接，进气总管的出气端通过进气歧管与气体燃料发动机的进气端连接，气体燃料发动机的出气端通过排气歧管与排气总管的进气端连接，排气总管上连接有尾气氧传感器和排气背压调节阀，尾气氧传感器、排气背压调节阀、节气门、煤层气供气调节阀和天然气供气调节阀分别与控制单元电连接。
8.进一步地，燃气汇流总管与进气总管的连接处设置在节气门的后侧。
9.进一步地，排气背压调节阀设置在尾气氧传感器的后侧。
10.进一步地，尾气氧传感器的信号输出端与控制单元的信号输入端连接，控制单元的信号输出端分别与排气背压调节阀、节气门、煤层气供气调节阀和天然气供气调节阀的信号输入端连接。
11.进一步地，所述煤层气供气管路和天然气供气管路的供气压力相等。
12.进一步地，所述尾气氧传感器为宽域型氧传感器。
13.进一步地，所述控制单元为ecu电子控制单元。
14.一种带高温egr的变组分气体机供给系统的供给方法包括如下步骤：
15.控制单元接收尾气氧传感器的信号，根据信号分析气体燃料发动机的燃烧状况，得出与燃烧状况相匹配的煤层气和天然气的供给比例和空气供给量，并通过控制单元将控制信号传递至节气门、煤层气供气调节阀和天然气供气调节阀，调节开度，控确保进气量和燃气中各成分比例保持在既定的范围内。
16.进一步地，控制单元接收尾气氧传感器的信号，根据信号分析气体燃料发动机的当前运行工况，得出与当前运行工况相匹配的egr率，然后通过控制单元输出控制信号至排气背压调节阀调节其开度，保证发动机在不同的工况下以既定的egr率运行。
17.本发明与现有技术相比包含的有益效果是：
18.1、通过调节煤层气和天然气的供气比例，确保燃气组分相对稳定，保证了燃气在发动机内稳定燃烧。
19.2、采用多阀联动调节的方式调节煤层气和天然气的供给比例，以及供给燃气的供给量和空燃比，结构简单，无需对原有的气体燃料发动机的供给系统做大范围改动。
20.3、节气门、煤层气供气调节阀、天然气供气调节阀、尾气氧传感器和ecu控制单元等构成燃料供给闭环控制，控制精度更高，抗干扰能力强。
21.4、采用排气背压调节阀实现高温egr，可以提高缸内缸内初始温度，提高缸内混合气的反应活性，有利于改善缸内混合气燃烧，同时增大缸内气体比热容，降低最高燃烧温度，减少nox排放。
附图说明
22.图1是本发明的整体结构示意图；
具体实施方式
23.具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式一种带高温egr的变组分气体机供给系统包括排气背压调节阀1、尾气氧传感器2、排气总管3、进气总管4、节气门5、燃气汇流总管6、煤层气供气调节阀7、煤层气供气管路8、天然气供气调节阀9、天然气供气管路10和控制单元11，进气总管4上连接有节气门5，煤层气供气管路8和天然气供气管路10的进气端分别与燃气汇流总管6的进气端连接，煤层气供气管路8上连接有煤层气供气调节阀7，天然气供气管路10上连接有天然气供气调节阀9，燃气汇流总管6的出气端与进气总管4连接，进气总管4的出气端通过进气歧管与气体燃料发动机的进气端连接，气体燃料发动机的出气端通过排气歧管与排气总管3的进气端连接，排气总管3上连接有尾气氧传感器2和排气背压调节阀1，尾气氧传感器2、排气背压调节阀1、节气门5、煤层气供气调节阀7和天然气供气调节阀9分别与控制单元11电连接。
24.所述煤层气供气调节阀7和天然气供气调节阀9分别安装在煤层气供气管路8和天然气供气管路10上，煤层气和天然气分别通过所述煤层气供气管路8和天然气供气管路10通向燃气汇流总管6混合，通过改变煤层气供气调节阀7和天然气供气调节阀9开度调节煤层气和天然气的供给比例；所述节气门5布置在进气总管5，可调节空气进气量，从而影响空
燃比，煤层气和天然气在进气总管4与空气混合；所述尾气氧传感器2布置在排气总管3，可通过检测尾气成分感知气体燃料发动机的燃烧状况；所述排气背压调节阀1布置在排气总管3，通过改变排气背压调节缸内废气残留量，实现高温egr，改善缸内混合气反应活性；所述控制单元11接收来自尾气氧传感器2的信号，并且向节气门5、煤层气供气调节阀7和天然气供气调节阀9输出控制信号，调控进气量和燃气中主要成分比例保持在合适的范围，同时根据负荷控制排气背压调节阀1开度以保证发动机在不同的工况下以合理的egr率运行。
25.煤层气供气调节阀7和天然气供气调节阀9分别布置在煤层气供气管路8和天然气供气管路10上，可分别调节煤层气和天然气流量，使得在煤层气组分发生变化时可以通过调节供给天然气的量保证混合后燃气的组分相对稳定。
26.当煤层气中甲烷含量满足需求时，仅供给煤层气，不供给天然气，当煤层气中甲烷含量低于要求时，提高天然气的供气量以弥补甲烷含量不足。
27.控制单元11通过尾气氧传感器2感知气体燃料发动机的燃烧状况，并得出适合的空燃比、煤层气和天然气的供给比例，然后同时控制位于进气总管的节气门5、位于煤层气供气管路8的煤层气供气调节阀7和位于天然气供气管路10的天然气供气调节阀9，实现多阀联动式调控，进而实现燃料供给的闭环控制，保证燃气组分保持在最佳比例。排气总管3设有排气背压调节阀1调节排气背压实现高温egr，有利于改善缸内混合气燃烧，减少nox排放。
28.本发明的目的在于提供一种带高温egr的变组分气体燃料发动机供给系统，实现供给燃气组分相对稳定，并且能改善煤层气中杂质对燃烧不利影响。
29.具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式燃气汇流总管6与进气总管4的连接处设置在节气门5的后侧。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
30.具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式排气背压调节阀1设置在尾气氧传感器2的后侧。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式二相同。
31.排气背压调节阀1布置在排气总管3，并且在尾气氧传感器2远离歧管侧，排气背压调节阀1通过调节排气背压改变缸内残留废气的量，实现高温egr，提高缸内混合气的反应活性，有利于改善缸内混合气燃烧，同时增大缸内气体比热容，降低最高燃烧温度，减少nox排放。
32.具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式尾气氧传感器2的信号输出端与控制单元11的信号输入端连接，控制单元11的信号输出端分别与排气背压调节阀1、节气门5、煤层气供气调节阀7和天然气供气调节阀9的信号输入端连接。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式三相同。
33.具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述煤层气供气管路8和天然气供气管路10的供气压力相等。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
34.所述煤层气供气管路8和天然气供气管路10向燃气汇流总管6提供压力稳定的气源，且煤层气供气管路8和天然气供气管路10的供气压力相等。
35.具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述尾气氧传感器2为宽域型氧传感器。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
36.尾气氧传感器2为宽域型氧传感器，能够快速准确的得到排气总管3尾气的氧浓度，能够提供准确的氧浓度反馈信号，并将信号传至控制单元11。
37.具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述控制单元11为ecu电子控制单元。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
38.具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式一种带高温egr的变组分气体机供给系统的供给方法包括如下步骤：
39.控制单元11接收尾气氧传感器2的信号，根据信号分析气体燃料发动机的燃烧状况，得出与燃烧状况相匹配的煤层气和天然气的供给比例和空气供给量，并通过控制单元11将控制信号传递至节气门5、煤层气供气调节阀7和天然气供气调节阀9，调节开度，控确保进气量和燃气中各成分比例保持在既定的范围内。
40.如此可以保证燃气在发动机内稳定燃烧，实现燃料供给的闭环控制。
41.具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式控制单元11接收尾气氧传感器2的信号，根据信号分析气体燃料发动机的当前运行工况，得出与当前运行工况相匹配的egr率，然后通过控制单元11输出控制信号至排气背压调节阀1调节其开度，保证发动机在不同的工况下以既定的egr率运行。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式八相同。
42.如此可以提高缸内缸内初始温度，提高缸内混合气的反应活性，有利于改善缸内混合气燃烧，同时增大缸内气体比热容，降低最高燃烧温度，减少nox排放。
43.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种带高温egr的变组分气体机供给系统，其特征在于：它包括排气背压调节阀(1)、尾气氧传感器(2)、排气总管(3)、进气总管(4)、节气门(5)、燃气汇流总管(6)、煤层气供气调节阀(7)、煤层气供气管路(8)、天然气供气调节阀(9)、天然气供气管路(10)和控制单元(11)，进气总管(4)上连接有节气门(5)，煤层气供气管路(8)和天然气供气管路(10)的进气端分别与燃气汇流总管(6)的进气端连接，煤层气供气管路(8)上连接有煤层气供气调节阀(7)，天然气供气管路(10)上连接有天然气供气调节阀(9)，燃气汇流总管(6)的出气端与进气总管(4)连接，进气总管(4)的出气端通过进气歧管与气体燃料发动机的进气端连接，气体燃料发动机的出气端通过排气歧管与排气总管(3)的进气端连接，排气总管(3)上连接有尾气氧传感器(2)和排气背压调节阀(1)，尾气氧传感器(2)、排气背压调节阀(1)、节气门(5)、煤层气供气调节阀(7)和天然气供气调节阀(9)分别与控制单元(11)电连接。2.根据权利要求1所述一种带高温egr的变组分气体机供给系统，其特征在于：燃气汇流总管(6)与进气总管(4)的连接处设置在节气门(5)的后侧。3.根据权利要求2所述一种带高温egr的变组分气体机供给系统，其特征在于：排气背压调节阀(1)设置在尾气氧传感器(2)的后侧。4.根据权利要求3所述一种带高温egr的变组分气体机供给系统，其特征在于：尾气氧传感器(2)的信号输出端与控制单元(11)的信号输入端连接，控制单元(11)的信号输出端分别与排气背压调节阀(1)、节气门(5)、煤层气供气调节阀(7)和天然气供气调节阀(9)的信号输入端连接。5.根据权利要求1所述一种带高温egr的变组分气体机供给系统，其特征在于：所述煤层气供气管路(8)和天然气供气管路(10)的供气压力相等。6.根据权利要求1所述一种带高温egr的变组分气体机供给系统，其特征在于：所述尾气氧传感器(2)为宽域型氧传感器。7.根据权利要求1所述一种带高温egr的变组分气体机供给系统，其特征在于：所述控制单元(11)为ecu电子控制单元。8.一种带高温egr的变组分气体机供给系统的供给方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：控制单元(11)接收尾气氧传感器(2)的信号，根据信号分析气体燃料发动机的燃烧状况，得出与燃烧状况相匹配的煤层气和天然气的供给比例和空气供给量，并通过控制单元(11)将控制信号传递至节气门(5)、煤层气供气调节阀(7)和天然气供气调节阀(9)，调节开度，控确保进气量和燃气中各成分比例保持在既定的范围内。9.根据权利要求8所述一种带高温egr的变组分气体机供给系统的供给方法，其特征在于：控制单元(11)接收尾气氧传感器(2)的信号，根据信号分析气体燃料发动机的当前运行工况，得出与当前运行工况相匹配的egr率，然后通过控制单元(11)输出控制信号至排气背压调节阀(1)调节其开度，保证发动机在不同的工况下以既定的egr率运行。

技术总结
一种带高温EGR的变组分气体机供给系统及其供给方法。本发明涉及一种气体燃料发动机供给系统。本发明为了解决现有气体燃料发动机供给系统无法解决燃料组分变化对燃料燃烧的影响的问题。本发明供给系统包括排气背压调节阀、尾气氧传感器、排气总管、进气总管、节气门、燃气汇流总管、煤层气供气调节阀、煤层气供气管路、天然气供气调节阀、天然气供气管路和控制单元，进气总管上连接有节气门，煤层气供气管路上连接有煤层气供气调节阀，天然气供气管路上连接有天然气供气调节阀，进气总管的出气端通过进气歧管与气体燃料发动机的进气端连接，排气总管上连接有尾气氧传感器和排气背压调节阀。本发明用于变组分气体燃料发动机燃料供给。供给。供给。


技术研发人员：刘克为 赵云云 于鑫 陈丽君 曲景波 刘泥石
受保护的技术使用者：哈尔滨汽轮机厂有限责任公司
技术研发日：2022.12.26
技术公布日：2023/6/12