一种应用于中高速船舶柴油机的柴油甲醇双燃料系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种应用于中高速船舶柴油机的柴油甲醇双燃料系统及其控制方法。柴油甲醇双燃料系统包括：船舶柴油机原机和原有的燃油系统、柴油ECU；还包括：在原机基础上直接加装的由甲醇供给系统，喷醇器总成，进气温控系统，甲醇电子控制系统，DOC催化氧化器；本发明专利技术在船舶柴油机上应用柴油甲醇组合燃烧技术能够有效实现高效燃烧，大幅提升中大负荷工况下发动机的热效率。机的热效率。机的热效率。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于中高速船舶柴油机的柴油甲醇双燃料系统及其控制方法

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[0001]本专利技术涉及传播柴油机，进一步涉及一种应用于中高速船舶柴油 机的柴油甲醇双燃料系统及其控制方法。

技术介绍
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[0002]凭借着运能大、运输成本低、运送距离远等优势，水路运输在交 通运输领域扮演着不可替代的角色。柴油机因动力性强，经济性好， 热效率高，稳定性高等原因在船舶动力装置中占绝对的统治地位，不 仅占领了普通船舶动力装置领域，也占据了VLCC、大型散货船和集 装箱船等在传统上认为属于蒸汽动力装置的领域。柴油机在船舶上的 另一主要应用场合是作为发电机的原动机。从船舶实际使用来看，绝 大多数远洋、近海以及内河的船舶都是以柴油机作为发电机原动机， 柴油机作为发电机原动机同样占据绝对的主导地位。
[0003]但同时，船舶柴油机的尾气排放对环境造成的污染远高于车用发 动机，特别是氮氧化物、硫氧化物和颗粒物排放量极高。为解决船舶 柴油机带来的能源与环境问题，清洁替代燃料成为了有效技术措施之 一。其中，天然气、液化石油气和甲醇作为船用清洁燃料吸引了船东 和发动机厂家的兴趣。但相较而言，甲醇有其独到优势。第一，甲醇 在标准大气条件下呈液态，可以储存在普通的非压力容器中，这使它 在船上的安装成本很低，并且易于运输，相关的基础设施的搭建也较 为简单。第二，虽然甲醇的成本高于重油，但是不含硫，在硫排放管 制区、河流交通管制区以及内陆水域这样的排放管制严格的地区将发 挥重要作用。除此之外，甲醇还具有生产来源多样，可实现无烟排放 等优点。另外，2018年9月国际海事组织通过的包括甲醇在内的低 闪点燃料可以作为船舶燃料的协议也为甲醇用作船用燃料铺平了道 路。
[0004][0005][0006]中国专利CN1470752A公开了柴油机的进气喷醇装置及喷射控 制方法，即在柴油机进气道安装甲醇喷嘴，喷入的甲醇同空气形成均 质混合气后进入气缸，再用缸内直喷的柴油引燃混合气，这种方式对 原机改动较小，应用灵活，但该专利基于车用柴油机提出，运行工况 大有不同，环境条件也有本质区别，如船舶柴油机进气经过的空气冷 却器，直接由水泵吸入的海水或河水冷却，温度过低，极不利于甲醇 的蒸发，特别是当发动机运行于中小负荷时，还会导致各缸不均匀性 加剧。因而为了有效地将进气喷醇装置及喷射控制方法应用于船舶发 动机，本专利对先前专利作了部分改动。

技术实现思路
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[0007]本专利技术借助柴油/甲醇组合燃烧技术，仅在船舶柴油机原机基础 上作微小改动，在进气总管上加装喷醇器总成，并结合配套的甲醇供 给系统、进气温控系统、甲醇电子控制系统，首次实现了将甲醇燃料 应用于中高速船用柴油机，有效降低了柴油消耗量。本发
明技术方案 如下：
[0008]一种应用于中高速船舶柴油机的柴油甲醇双燃料系统，包括船舶 柴油机原机和原有的燃油系统、柴油ECU；还包括：
[0009]在原机基础上直接加装的由甲醇供给系统，喷醇器总成，进气温 控系统，甲醇电子控制系统，DOC催化氧化器；
[0010]所述喷醇器总成包括：甲醇轨、甲醇喷嘴和甲醇压板，位置选定 在进气总管弯管处；所述醇轨与甲醇管路连接，并连接甲醇喷嘴进口 端，将甲醇送入甲醇喷嘴，喷嘴出口端与甲醇压板配合，固定于进气 总管弯管处，固定方式可选用螺栓紧固或焊接，安装角度须确保甲醇 喷射方向与进气气流流线重合；
[0011]所述甲醇电子控制系统包括甲醇ECU、控制线束、上位机、故 障显示灯、喷醇指示灯、甲醇系统开关、甲醇液位计和固定式甲醇浓 度检测仪；所述甲醇ECU通过CAN模式，直接读取原机柴油ECU 的转速信号、油门信号、冷却液温度信号和甲醇液位计的液位信号、 流量计的流量信号来判断发动机工作状况、甲醇剩余量和甲醇管路的 畅通情况，以确定甲醇喷射；所述甲醇ECU还控制进气温控系统， 读取进气温度传感器的温度信号，控制电控废气阀门开度，进而通过 控制废气引入量实现进气温度的调节；所述上位机作为甲醇喷射控制 界面、故障显示灯、甲醇液位计显示界面、甲醇流量计显示界面、甲 醇系统开关、喷醇指示灯和固定式甲醇浓度检测仪显示界面的集成， 可以同时显示从原机柴油ECU测取的发动机转速、冷却液温度、油 门开度，以及甲醇箱液位、甲醇进机流量、机旁和甲醇供给系统附近 甲醇浓度、甲醇系统运行状况等信号；所述故障显示灯用于显示各个 传感器的信号状态和简单故障指示；所述喷醇指示灯用于显示船舶是 否处于双燃料工作模式以及喷醇量的多少；所述甲醇系统开关用于手 动调换柴油机工作状态处于柴油甲醇双燃料模式或是原机的纯柴油 模式；所述甲醇液位计用于测量甲醇箱液位；所述固定式甲醇浓度检 测仪有两个，分别安装在甲醇管路和发动机机旁，检测空气氛围中的 甲醇浓度，用以确保甲醇无泄漏所述的甲醇电子控制系统通过CAN 模式直接从柴油ECU读取柴油机原机的转速、冷却液温度和油门信 号；
[0012]所述进气温控系统包括：废气旁通管路、电控废气阀门和进气温 度传感器；所述废气旁通管路将DOC后的废气引至压气机进气端； 所述电控废气阀门由甲醇ECU控制，用于调节废气引入量，其开度 随发动机负荷增大而减小，选用耐高温阀门；所述进气温度传感器用 于读取喷醇器前、空气冷却器后这一位置的温度，为电控废气阀门开 度提供依据。
[0013]上述柴油甲醇双燃料系统的控制方法，包括以下步骤：
[0014]步骤1：启动时采用纯柴油模式，启动后打开甲醇ECU开关，甲 醇ECU会依据发动机的运行状态作出判断，小负荷时仍采用纯柴油 模式，当发动机转速、油门开度、冷却液温度及甲醇液位满足甲醇喷 射条件时，发动机会自行切换到柴油/甲醇双燃料工作模式，依照标 定好的甲醇MAP确定喷醇量，若判定条件不满足时，甲醇系统则不 会工作；
[0015]步骤2：随着发动机转速降低，当发动机工作参数脱离甲醇系统 工作范围时，甲醇ECU会自动控制甲醇喷嘴停止喷醇；发动机停机 后，关闭甲醇系统开关，即可实现甲醇系统的停机；甲醇系统停止工 作，而发动机仍能以纯柴油模式运行，满足船级社对于双燃料发动机 的各项要求；
[0016]步骤3：当船舶柴油机运行于中小负荷时，甲醇ECU通过读取进 气温度传感器的参
数，控制电控废气阀门开度，改变废气引入量，进 而调节进气温度至甲醇最佳蒸发温度，提高热效率。
[0017]优选方案一，所述甲醇喷嘴在0.4MPa压力下静态流量可达 700mL/min，喷嘴安装数量根据燃料需求量选定。
[0018]优选方案二，所述甲醇供给系统包括甲醇箱、甲醇滤清器、甲醇 流量计、甲醇泵和甲醇限压阀，所述甲醇箱通过甲醇管路依次与所述 甲醇滤清器、甲醇流量计、甲醇泵、甲醇限压阀和喷醇器总成连接。 进一步，所述甲醇限压阀前设有回流醇管，多余的甲醇经回流醇管回 到甲醇箱。
[0019]本专利技术首次实现了将柴油/甲醇组合燃烧技术应用于中高速船用 柴油机，填补了中高速船舶柴油机使用柴油甲醇双燃料的技术空白， 它的优势在于：
[0020]本专利技术可以让船舶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于中高速船舶柴油机的柴油甲醇双燃料系统，包括船舶柴油机原机和原有的燃油系统、柴油ECU(1)；其特征在于，还包括：在原机基础上直接加装的由甲醇供给系统，喷醇器总成，进气温控系统，甲醇电子控制系统，DOC催化氧化器(20)；所述喷醇器总成包括：甲醇轨(26)、甲醇喷嘴(25)和甲醇压板(24)，位置选定在进气总管(27)弯管处；所述醇轨与甲醇管路连接，并连接甲醇喷嘴进口端，将甲醇送入甲醇喷嘴，喷嘴出口端与甲醇压板配合，固定于进气总管弯管处，固定方式可选用螺栓紧固或焊接，安装角度须确保甲醇喷射方向与进气气流流线重合；所述甲醇电子控制系统包括甲醇ECU、控制线束、上位机(2)、故障显示灯、喷醇指示灯、甲醇系统开关(3)、甲醇液位计和固定式甲醇浓度检测仪(10)；所述甲醇ECU(4)通过CAN模式，直接读取原机柴油ECU的转速信号、油门信号、冷却液温度信号和甲醇液位计的液位信号、流量计的流量信号来判断发动机工作状况、甲醇剩余量和甲醇管路的畅通情况，以确定甲醇喷射；所述甲醇ECU还控制进气温控系统，读取进气温度传感器(11)的温度信号，控制电控废气阀门开度，进而通过控制废气引入量实现进气温度的调节；所述上位机作为甲醇喷射控制界面、故障显示灯、甲醇液位计显示界面、甲醇流量计显示界面、甲醇系统开关、喷醇指示灯和固定式甲醇浓度检测仪显示界面的集成，可以同时显示从原机柴油ECU测取的发动机转速、冷却液温度、油门开度，以及甲醇箱液位、甲醇进机流量、机旁和甲醇供给系统附近甲醇浓度、甲醇系统运行状况等信号；所述故障显示灯用于显示各个传感器的信号状态和简单故障指示；所述喷醇指示灯用于显示船舶是否处于双燃料工作模式以及喷醇量的多少；所述甲醇系统开关用于手动调换柴油机工作状态处于柴油甲醇双燃料模式或是原机的纯柴油模式；所述甲醇液位计用于测量甲醇箱液位；所述固定式甲醇浓度检测仪有两个，分别安装在甲醇管路和发动机机旁，检测空气氛围中的甲醇浓度，用以确保甲醇无泄漏所述的甲醇电子控制系统通过CAN模式直接从柴油ECU读取柴油机原机的转速、冷却液温度和油门信号；所述进气温控系...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚春德，王文超，姚安仁，陈超，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：