一种混合式变组分气体燃料发动机供给系统及其供给方法与流程

1.本发明涉及一种气体燃料发动机供给系统，具体涉及一种混合式变组分气体燃料发动机供给系统及其供给方法。


背景技术：

2.煤层气，又称煤层甲烷，储存于煤层及其周围岩石层中，是与煤炭伴生的一种还未大规模商用的非常规的天然气体，非常适合做内燃机的代用燃料。将煤矿区煤层气燃烧产生的高品位热能作为发电电能产出，低品位热能进行集中回收利用，再转换为热、冷负荷所需能量，不但能实现煤层气的开发利用，发展煤层气产业，还能够降低煤矿事故风险、发展清洁能源、降低传统化石能源消耗、减少温室气体排放，也能够带来巨大的经济效益。
3.但是煤层气组成复杂，不但包含甲烷、乙烷等烃类物质，还包含少量的氮气、二氧化碳等不可燃烧的物质，同时其组分还会随地域、煤层深度等条件发生变化，这不利于气体燃料发动机的稳定运行，无法保证发动机持续运行在高效率区间，因此需要特殊的供给系统来保证燃气的组分保持相对稳定。
4.公开号cn108691693a涉及一种带回流管的天然气发动机燃料供给系统及控制方法，能够对天然气发动机的负荷变化后，做出快速的反应，使转速更快的恢复，提升其动态响应，缩短响应时间，但是仅考虑了燃料组分固定的情况，无法适应燃料变组分的情况。


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适应燃料变组分的情况的问题，进而提出一种混合式变组分气体燃料发动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：
7.一种混合式变组分气体燃料发动机供给系统包括总管进气调节阀、进气总管、燃气供给总管、燃气预混室、天然气预混室共轨喷射器、煤层气喷射器、天然气气轨、天然气储气罐、煤层气储气罐、天然气歧管共轨喷射器、排气总管、尾气氧传感器和控制单元，进气总管上连接有总管进气调节阀，进气总管的出气端与进气歧管的进气端连接，进气歧管上设置有天然气歧管共轨喷射器，天然气歧管共轨喷射器的进气端与天然气气轨的出气端连接，进气歧管的出气端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与排气总管的进气端连接，排气总管的出气端上设置有尾气氧传感器，燃气预混室的出气端通过燃气供给总管与进气总管连接，燃气预混室上设置有天然气预混室共轨喷射器和煤层气喷射器，天然气预混室共轨喷射器的进气端与天然气气轨的出气端连接，天然气气轨的进气端通过天然气管道与天然气储气罐的出气端连接，煤层气喷射器的进气端通过煤层气管道与煤层气储气罐的出气端连接，尾气氧传感器、总管进气调节阀、煤层气喷射器、天然气预混室共轨喷射器和天然气歧管共轨喷射器分别与控制单元电连接。
8.进一步地，燃气供给总管与进气总管的连接处设置在总管进气调节阀的前侧。
9.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总管进气调节阀、煤层气喷射器、天然气预混室共轨喷射器和天然气歧管共轨喷射器的信号输入端连接。
10.进一步地，所述天然气管道上连接有天然气调压阀。
11.进一步地，所述煤层气管道上连接有煤层气调压阀。
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。
14.一种混合式变组分气体燃料发动机供给系统的供给方法包括混合式供给模式，混合式供给模式包括如下步骤：
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空燃比、煤层气和天然气的供给比例，并通过控制单元将控制信号传递至总管进气调节阀，调节进气总管出气端的混合气供给总量，同时控制单元将控制信号传递至煤层气喷射器和天然气歧管共轨喷射器，控制煤层气和天然气的喷射比例，此时天然气预混室共轨喷射器不工作，煤层气喷射器向燃气预混室喷射煤层气，并通过燃气供给总管输送至进气总管再进入到进气歧管，天然气歧管共轨喷射器同时向进气歧管喷射天然气，进气歧管内的混合气体进入到气体燃料发动机中。
16.一种混合式变组分气体燃料发动机供给系统的供给方法包括总管供给模式，总管供给模式包括如下步骤：
17.控制单元接收尾气氧传感器的信号后，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空燃比、煤层气和天然气的供给比例，并通过控制单元将控制信号传递至总管进气调节阀，调节进气总管出气端的混合气供给总量，同时控制单元将控制信号传递至煤层气喷射器和天然气预混室共轨喷射器，控制燃气预混室中煤层气和天然气的喷射比例，并在燃气预混室中完成混合，混合气再通过燃气供给总管输送至进气总管再进入到进气歧管，此时天然气歧管共轨喷射器不工作，进气歧管内的混合气体进入到气体燃料发动机中。
18.进一步地，所述煤层气喷射器和天然气预混室共轨喷射器喷射时的喷射压力相同或不同。
19.本发明与现有技术相比包含的有益效果是：
20.1、采用混合式供给模式调节煤层气和天然气的供给比例，其中煤层气为总管供给，天然气为歧管供给，既能确保煤层气供给的结构简单，也能保证燃气组分调控的精确和快速响应。
21.2、在排气总管布置尾气氧传感器监视发动机燃烧状况，并有ecu控制单元将尾气氧传感器采集的信号转换为控制信号，用于调控煤层气和天然气的供给，实现闭环控制，当发动机的工况发生变化或者煤层气的成分发生变化时，可以快速自动调节，提高系统的稳定性。
22.3、具备混合式供给模式和总管供给模式两种供给模式，能够保证系统在混合式供给模式无法正常运行时，还能够以总管供给模式运行，使系统具备一定的抗风险能力。
附图说明
23.图1是本发明的整体结构示意图；
具体实施方式
24.具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式一种混合式变组分气体燃料发动机供给系统包括总管进气调节阀1、进气总管2、燃气供给总管3、燃气预混室4、天然气预混室共轨喷射器5、煤层气喷射器6、天然气气轨7、天然气储气罐10、煤层气储气罐11、天然气歧管共轨喷射器12、排气总管13、尾气氧传感器14和控制单元15，进气总管2上连接有总管进气调节阀1，进气总管2的出气端与进气歧管的进气端连接，进气歧管上设置有天然气歧管共轨喷射器12，天然气歧管共轨喷射器12的进气端与天然气气轨7的出气端连接，进气歧管的出气端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与排气总管13的进气端连接，排气总管13的出气端上设置有尾气氧传感器14，燃气预混室4的出气端通过燃气供给总管3与进气总管2连接，燃气预混室4上设置有天然气预混室共轨喷射器5和煤层气喷射器6，天然气预混室共轨喷射器5的进气端与天然气气轨7的出气端连接，天然气气轨7的进气端通过天然气管道与天然气储气罐10的出气端连接，煤层气喷射器6的进气端通过煤层气管道与煤层气储气罐11的出气端连接，尾气氧传感器14、总管进气调节阀1、煤层气喷射器6、天然气预混室共轨喷射器5和天然气歧管共轨喷射器12分别与控制单元15电连接。
25.总管进气调节阀1布置在进气总管2，可调节通向气体燃料发动机的燃气总量；尾气氧传感器14布置在排气总管13，可通过检测尾气成分感知气体燃料发动机的燃烧状况，并将信号反馈给控制单元15。
26.供给系统包含两种供给模式：混合式供给模式，即控制单元15控制煤层气喷射器6和天然气歧管共轨喷射器12工作，实现燃气组分调控的精确和快速响应；总管供给模式，即控制单元15控制煤层气喷射器6和天然气预混室共轨喷射器5工作，能够保证系统在混合式供给模式无法正常运行时，还能够以总管供给模式运行，使系统具备一定的抗风险能力。
27.所述燃气预混室4为一个小腔室，布置有一个煤层气喷射器6和一个天然气预混室共轨喷射器5，两个喷射器的喷射压力可以不同。在混合式供给模式下，所述煤层气喷射器6向燃气预混室4喷射，通过燃气供给总管3向进气总管2输送；在总管供给模式下，所述煤层气喷射器6和天然气预混室共轨喷射器5同时向燃气预混室4喷射，喷射的气体在燃气预混室4混合，通过燃气供给总管3向进气总管2输送。
28.进气歧管的出气端的数量与气体燃料发动机气缸的数量一致，天然气歧管共轨喷射器12的数量与气缸的数量一致，分别设置在进气歧管的出气端。
29.气体燃料发动机的出气端通过排气歧管与排气总管13的进气端连接。
30.本发明的目的在于提供一种能够实现多种供给模式的混合式变组分气体燃料发动机供给系统，在煤层气组分比例发生变化时能快速响应，同时系统还具备一定的抗风险能力。
31.具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式燃气供给总管3与进气总管2的连接处设置在总管进气调节阀1的前侧。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
32.具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式尾气氧传感器14的信号输出端与控制单元15的信号输入端连接，控制单元15的信号输出端分别与总管进气调节阀1、煤层气喷射器6、天然气预混室共轨喷射器5和天然气歧管共轨喷射器12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二相同。
33.控制单元15接收来自尾气氧传感器14的信号，并且向总管进气调节阀1、煤层气喷射器6、天然气预混室共轨喷射器5和天然气歧管共轨喷射器12输出控制信号。
34.具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述天然气管道上连接有天然气调压阀8。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
35.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管道上连接有煤层气调压阀9。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.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14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。
37.尾气氧传感器14为宽域型氧传感器，能够快速准确的得到排气总管尾气的氧浓度，并将信号传至控制单元15。
38.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15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。
39.具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式一种混合式变组分气体燃料发动机供给系统的供给方法包括混合式供给模式，混合式供给模式包括如下步骤：
40.控制单元15接收尾气氧传感器14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空燃比、煤层气和天然气的供给比例，并通过控制单元15将控制信号传递至总管进气调节阀1，调节进气总管2出气端的混合气供给总量，同时控制单元15将控制信号传递至煤层气喷射器6和天然气歧管共轨喷射器12，控制煤层气和天然气的喷射比例，此时天然气预混室共轨喷射器5不工作，煤层气喷射器6向燃气预混室4喷射煤层气，并通过燃气供给总管3输送至进气总管2再进入到进气歧管，天然气歧管共轨喷射器12同时向进气歧管喷射天然气，进气歧管内的混合气体进入到气体燃料发动机中。
41.具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式一种混合式变组分气体燃料发动机供给系统的供给方法包括总管供给模式，总管供给模式包括如下步骤：
42.控制单元15接收尾气氧传感器14的信号后，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空燃比、煤层气和天然气的供给比例，并通过控制单元15将控制信号传递至总管进气调节阀1，调节进气总管2出气端的混合气供给总量，同时控制单元15将控制信号传递至煤层气喷射器6和天然气预混室共轨喷射器5，控制燃气预混室4中煤层气和天然气的喷射比例，并在燃气预混室4中完成混合，混合气再通过燃气供给总管3输送至进气总管2再进入到进气歧管，此时天然气歧管共轨喷射器12不工作，进气歧管内的混合气体进入到气体燃料发动机中。
43.总管供给模式是天然气歧管共轨喷射器12发生故障时的备用供给模式。
44.具体实施方式十：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述煤层气喷射器6和天然气预混室共轨喷射器5喷射时的喷射压力相同或不同。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式九相同。
45.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：
1.一种混合式变组分气体燃料发动机供给系统，其特征在于：它包括总管进气调节阀(1)、进气总管(2)、燃气供给总管(3)、燃气预混室(4)、天然气预混室共轨喷射器(5)、煤层气喷射器(6)、天然气气轨(7)、天然气储气罐(10)、煤层气储气罐(11)、天然气歧管共轨喷射器(12)、排气总管(13)、尾气氧传感器(14)和控制单元(15)，进气总管(2)上连接有总管进气调节阀(1)，进气总管(2)的出气端与进气歧管的进气端连接，进气歧管上设置有天然气歧管共轨喷射器(12)，天然气歧管共轨喷射器(12)的进气端与天然气气轨(7)的出气端连接，进气歧管的出气端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与排气总管(13)的进气端连接，排气总管(13)的出气端上设置有尾气氧传感器(14)，燃气预混室(4)的出气端通过燃气供给总管(3)与进气总管(2)连接，燃气预混室(4)上设置有天然气预混室共轨喷射器(5)和煤层气喷射器(6)，天然气预混室共轨喷射器(5)的进气端与天然气气轨(7)的出气端连接，天然气气轨(7)的进气端通过天然气管道与天然气储气罐(10)的出气端连接，煤层气喷射器(6)的进气端通过煤层气管道与煤层气储气罐(11)的出气端连接，尾气氧传感器(14)、总管进气调节阀(1)、煤层气喷射器(6)、天然气预混室共轨喷射器(5)和天然气歧管共轨喷射器(12)分别与控制单元(15)电连接。2.根据权利要求1所述一种混合式变组分气体燃料发动机供给系统，其特征在于：燃气供给总管(3)与进气总管(2)的连接处设置在总管进气调节阀(1)的前侧。3.根据权利要求2所述一种混合式变组分气体燃料发动机供给系统，其特征在于：尾气氧传感器(14)的信号输出端与控制单元(15)的信号输入端连接，控制单元(15)的信号输出端分别与总管进气调节阀(1)、煤层气喷射器(6)、天然气预混室共轨喷射器(5)和天然气歧管共轨喷射器(12)的信号输入端连接。4.根据权利要求1所述一种混合式变组分气体燃料发动机供给系统，其特征在于：所述天然气管道上连接有天然气调压阀(8)。5.根据权利要求1所述一种混合式变组分气体燃料发动机供给系统，其特征在于：所述煤层气管道上连接有煤层气调压阀(9)。6.根据权利要求1所述一种混合式变组分气体燃料发动机供给系统，其特征在于：所述尾气氧传感器(14)为宽域型氧传感器。7.根据权利要求1所述一种混合式变组分气体燃料发动机供给系统，其特征在于：所述控制单元(15)为ecu电子控制单元。8.一种混合式变组分气体燃料发动机供给系统的供给方法，其特征在于：所述方法包括混合式供给模式，混合式供给模式包括如下步骤：控制单元(15)接收尾气氧传感器(14)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空燃比、煤层气和天然气的供给比例，并通过控制单元(15)将控制信号传递至总管进气调节阀(1)，调节进气总管(2)出气端的混合气供给总量，同时控制单元(15)将控制信号传递至煤层气喷射器(6)和天然气歧管共轨喷射器(12)，控制煤层气和天然气的喷射比例，此时天然气预混室共轨喷射器(5)不工作，煤层气喷射器(6)向燃气预混室(4)喷射煤层气，并通过燃气供给总管(3)输送至进气总管(2)再进入到进气歧管，天然气歧管共轨喷射器(12)同时向进气歧管喷射天然气，进气歧管内的混合气体进入到气体燃料发动机中。9.一种混合式变组分气体燃料发动机供给系统的供给方法，其特征在于：所述方法包
括总管供给模式，总管供给模式包括如下步骤：控制单元(15)接收尾气氧传感器(14)的信号后，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空燃比、煤层气和天然气的供给比例，并通过控制单元(15)将控制信号传递至总管进气调节阀(1)，调节进气总管(2)出气端的混合气供给总量，同时控制单元(15)将控制信号传递至煤层气喷射器(6)和天然气预混室共轨喷射器(5)，控制燃气预混室(4)中煤层气和天然气的喷射比例，并在燃气预混室(4)中完成混合，混合气再通过燃气供给总管(3)输送至进气总管(2)再进入到进气歧管，此时天然气歧管共轨喷射器(12)不工作，进气歧管内的混合气体进入到气体燃料发动机中。10.根据权利要求9所述一种混合式变组分气体燃料发动机供给系统的供给方法，其特征在于：所述煤层气喷射器(6)和天然气预混室共轨喷射器(5)喷射时的喷射压力相同或不同。

技术总结
一种混合式变组分气体燃料发动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适应燃料变组分的情况的问题。本发明供给系统包括总管进气调节阀、进气总管、燃气供给总管、燃气预混室、天然气预混室共轨喷射器、煤层气喷射器、天然气气轨、天然气储气罐、煤层气储气罐、天然气歧管共轨喷射器、排气总管、尾气氧传感器和控制单元，进气歧管上设置有天然气歧管共轨喷射器，排气总管的出气端上设置有尾气氧传感器，燃气预混室上设置有天然气预混室共轨喷射器和煤层气喷射器。本发明用于混合式变组分气体燃料发动机燃料供给。明用于混合式变组分气体燃料发动机燃料供给。明用于混合式变组分气体燃料发动机燃料供给。


技术研发人员：刘克为 陈丽君 代波涛 刘泥石 曲景波
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：2023/6/7