CN110300844B - 为降低内燃引擎的吸入空气温度的减压天然气的使用 - Google Patents

Abstract

一种燃料系统包括：燃料箱；内燃引擎；将燃料箱流体地连接到引擎的燃料调节器，该燃料调节器被配置为将燃料的压力从在燃料箱处的第一燃料压力减小到在引擎处的第二燃料压力；配置为将空气从空气入口供应到引擎的空气供应组件，该空气组件包括：第一空气供应路线，其流体地连接空气入口与引擎，第一空气供应路线与燃料调节器热连通；第二空气供应路线，其流体地连接空气入口与引擎，第二空气供应路线与第一空气供应路线平行；以及空气阀，其配置为调节流过第一空气供应路线和第二空气供应路线中的至少一个的空气。

Description

为降低内燃引擎的吸入空气温度的减压天然气的使用

技术领域

本文实施例总体上涉及内燃引擎（internal combustion engine），并且更具体地是，由压缩天然气（compressed natural gas）或液化的天然气（liquefied natural gas）提供燃料的内燃引擎的燃料系统。

背景技术

典型地，在利用天然气引擎的内燃引擎中，天然气必须被压缩并且储存在高压力容器中以便是可运输的。然后压缩天然气必须进行减压以便被内燃引擎消耗。天然气典型地通过调节器进行减压，但是此减压过程是效率低的（inefficient）并且期望进行改进。

发明内容

根据一个实施例，提供了燃料系统。该燃料系统包括：燃料箱，其配置为储存燃料，燃料箱内的燃料的压力等于第一燃料压力；内燃引擎，其流体地（fluidly）连接到燃料箱，内燃引擎被配置为在低于第一燃料压力的第二燃料压力下消耗燃料；燃料调节器，其将燃料箱流体地连接到内燃引擎，燃料调节器被配置为将燃料的压力从第一燃料压力减小到第二燃料压力；空气供应组件，其配置为将空气从空气入口供应到引擎，空气组件包括：第一空气供应路线，其流体地连接空气入口与内燃引擎，第一空气供应路线与燃料调节器热连通；第二空气供应路线，其流体地连接空气入口与内燃引擎，第二空气供应路线与第一空气供应路线平行；以及空气阀，其配置为调节流过第一空气供应路线和第二空气供应路线中的至少一个的空气。

除了以上所述的特征中的一个或多个，或者作为备选，燃料系统的进一步的实施例可以包括其中内燃引擎在重力方向上（gravitationally）位于燃料调节器的上方。

除了以上所述的特征中的一个或多个，或者作为备选，燃料系统的进一步的实施例可以包括：空气盒，其在介于入口与内燃引擎之间的第一空气供应路线内，空气盒包含燃料调节器，其中在第一空气供应路线内的空气被配置为流经（flow across）燃料调节器。

除了以上所述的特征中的一个或多个，或者作为备选，燃料系统的进一步的实施例可以包括：控制器，其与空气阀和内燃引擎连通，控制器被配置为响应于内燃引擎的空气温度要求来控制空气阀的操作。

除了以上所述的特征中的一个或多个，或者作为备选，燃料系统的进一步的实施例可以包括其中空气阀位于第二空气供应路线中。

除了以上所述的特征中的一个或多个，或者作为备选，燃料系统的进一步的实施例可以包括其中燃料是压缩天然气和液化天然气（liquid natural gas）中的至少一个。

根据另一实施例，提供了向内燃引擎提供燃料的方法。该方法包括：将燃料储存在燃料箱内，燃料箱内的燃料的压力等于第一燃料压力；使用内燃引擎在低于第一燃料压力的第二燃料压力下消耗燃料，内燃引擎被流体地连接到燃料箱；使用燃料调节器将燃料的压力从第一压力减小到第二压力，燃料调节器将燃料箱流体地连接到内燃引擎；使用空气组件将空气从空气入口供应到内燃引擎，空气组件包括：第一空气供应路线，其流体地连接空气入口与内燃引擎，第一空气供应路线与燃料调节器热连通；以及第二空气供应路线，其流体地连接空气入口与内燃引擎，第二空气供应路线与第一空气供应路线平行；并且使用空气阀调节流过第一空气供应路线和第二空气供应路线中的至少一个的空气。

除了以上所述的特征中的一个或多个，或者作为备选，方法的进一步的实施例可以包括其中内燃引擎在重力方向上位于燃料调节器的上方。

除了以上所述的特征中的一个或多个，或者作为备选，方法的进一步的实施例可以包括其中空气供应组件进一步包括：空气盒，其在介于入口与内燃引擎之间的第一空气供应路线内，空气盒包含燃料调节器，其中在第一空气供应路线内的空气被配置为流经燃料调节器。

除了以上所述的特征中的一个或多个，或者作为备选，方法的进一步的实施例可以包括：使用与空气阀和内燃引擎连通的控制器，响应于内燃引擎的空气温度要求来控制空气阀的操作。

除了以上所述的特征中的一个或多个，或者作为备选，方法的进一步的实施例可以包括其中空气阀位于第二空气供应路线中。

除了以上所述的特征中的一个或多个，或者作为备选，方法的进一步的实施例可以包括其中燃料是压缩天然气和液化天然气中的至少一个。

本公开的实施例的技术效果包括使用流到内燃引擎中的燃料的减压来冷却流到内燃引擎中的空气。技术效果也包括使内燃引擎在重力方向上位于燃料调节器的上方。

除非另作确切指示，前述特征和元件可以无排他性地以各种组合进行组合。根据后面的说明和随附的附图，这些特征和元件及其操作将变得更显然。然而，应当理解，后面的说明和附图旨在实际上是阐示性的和说明性的，而非限制性的。

附图说明

被当作本公开的主题是被特别地指出，并且在说明书结束处的权利要求书中被明确地要求进行保护。从结合随附的附图所进行的后面的详细说明中，本公开的前述和其他的特征和优点是显然的，在随附的附图中：

图1是根据本公开的实施例的内燃引擎的燃料系统的示意性阐示图；以及

图2是阐示了根据本公开的实施例的向内燃引擎提供燃料的方法的流程图。

具体实施方式

借助于范例并且不限制于对图进行参考，在本文呈现了所公开的设备和方法的一个或多个实施例的详细说明。

参考图1，本公开的各种实施例被阐示了。图1示出了内燃引擎170的燃料系统100的示意性阐示图。燃料系统100包括被配置为储存燃料151的燃料箱150、流体地连接到燃料箱150的内燃引擎170、将燃料箱150流体地连接到内燃引擎170的燃料调节器160、配置为将空气104从空气入口111供应到引擎170的空气供应组件110、以及配置为调节流过空气供应组件110的空气104的空气阀120。燃料150可以是压缩天然气或液化天然气，诸如，例如丙烷或丁烷。燃料箱150内的燃料151的燃料压力等于第一燃料压力P1。内燃引擎170被配置为在低于第一燃料压力P1的第二燃料压力P2下消耗燃料151。

目前的技术要求天然气在高压力下进行储存，以便在储存箱150的有限空间中获得实用的量的天然气。然后必须将天然气减压到可被内燃引擎170消耗的低压力。例如，许多箱在大约3600PSI下储存天然气，并且然后必须将天然气减压到小于约100PSI以供在一些内燃引擎中的可行的使用。燃料调节器160被配置为将燃料151的压力从第一燃料压力P1减小到第二燃料压力P2。燃料调节器160可以是单个的调节器或一系列的调节器。在所阐示的实施例中，燃料箱150通过第一燃料路线152流体地连接到燃料调节器160，并且燃料调节器160通过第二燃料路线154流体地连接到引擎170。

在实施例中，内燃引擎170在重力方向上位于燃料调节器160的上方。有利地，将内燃引擎170在重力方向上定位于燃料调节器160的上方允许了万一在内燃引擎170关闭时发生泄漏，燃料151在第二燃料路线154或空气吸入路线112上升并进到内燃引擎170中，并且准备好以在内燃引擎170的下一次启动时被消耗。有利地，如果引擎170在运行并且泄漏产生（develop），则泄漏的燃料151经由112被运输到引擎170并且被消耗。也有利地，如果泄漏过量，那么燃料对空气比（fuel to air ratio）的不平衡将导致控制器130中的警告并且要求用户介入。

空气供应组件110包括：第一空气供应路线112，其流体地连接空气入口111与内燃引擎170；以及第二空气供应路线114，其流体地连接空气入口111与内燃引擎170。第一空气供应路线112与燃料调节器160是热连通的。在所阐示的实施例中，空气供应组件110包括空气盒118。空气盒118位于第一空气供应路线112内，第一空气供应路线112介于入口111与内燃引擎170之间。如在图1中所见，空气盒118包含燃料调节器160。当第一空气供应路线112内的空气104流过空气盒118时，空气104流经燃料调节器160，因此允许燃料调节器160与空气盒118内的空气104之间的热连通。由于燃料调节器160减小了燃料151的压力，燃料151的温度依照焦耳-汤姆孙效应（Joule-Thompson Effect）被减小。燃料调节器160内的燃料151的冷却使燃料调节器160冷却，并且也使流经空气盒118内的燃料调节器160的空气104冷却。因此，空气104在第一温度T1下进入空气入口111，然后流过空气盒118并且流经燃料调节器160，这将空气104的温度减小到第二温度T2。第二温度T2低于第一温度T1。

如以上所提到的，空气供应组件110包括第二空气供应路线114，其流体地连接空气入口111与内燃引擎170。如在图1中所见，第二空气供应路线114与第一空气供应路线112平行。空气供应组件110也包括空气阀120，其配置为调节流过第一空气供应路线112和第二空气供应路线114中的至少一个的空气104。在所阐示的实施例中，空气阀120位于第二空气供应路线114内，并且通过关闭和打开空气阀120来调节流过第二空气供应路线114的空气104。通过调节通过第二空气供应路线114的空气104的流，通过第一空气供应路线112的空气104的流也被调节了。例如，如果空气阀120是关闭的，那么所有的空气104被迫使流过第一空气供应路线112。第一空气供应路线112在第二温度T2下将空气104供应到内燃引擎170，并且第二空气供应路线114在第一温度T1下将空气供应到内燃引擎170。两个空气供应路线112、114正好在进入内燃引擎170之前合并，并且各空气供应路线112、114中的空气104混合，并且在进入内燃引擎170时，混合的空气104的温度等于第三温度T3。第三温度T3是通过控制空气阀120并且调节流过各空气供应路线112、114的空气104的量来进行调节。例如，如果更多空气104被迫使流过第一空气供应路线112并且流经燃料调节器160，那么第三温度T3将由于具有第二温度T2的更多空气104到达内燃引擎170而更冷。相反地，如果更多空气104被迫使流过第二空气供应路线114，那么第三温度T3将由于具有第一温度T1的更多空气104到达内燃引擎170而更热。

燃料系统100也可以包括与空气阀120和内燃引擎170连通的控制器130。控制器130被配置响应于内燃引擎170的空气温度要求来控制空气阀120的操作。例如，如果内燃引擎170要求流到内燃引擎170中的空气104更冷，那么控制器30将命令空气阀120以允许更多空气104流过第一燃料路线112并且流经燃料调节器160。在另一实例中，如果内燃引擎170要求流到内燃引擎170中的空气104更热，那么控制器30将命令空气阀120以允许更多空气104流过第二燃料路线114。控制器130可以是包括处理器和相关联的存储器的电子控制器，所述存储器包括计算机可执行的指令，所述指令在被处理器执行时导致处理器进行各种操作。处理器可以是但不限于由具有可能结构的广泛的阵列中的任何一个构成的单处理器或多处理器系统，所述阵列包括被均匀或非均匀地布置的现场可编程门阵列（FPGA）、中央处理单元（CPU）、专用集成电路（ASIC）、数字信号处理器（DSP）或图形处理单元（GPU）硬件。存储器可以是储存装置，诸如，例如随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、或其他的电子的、光的、磁的或任何其他的计算机可读介质。

现在参考图2，且继续参考图1，图2示出了阐示根据本公开的实施例的向内燃引擎170提供燃料的方法200的流程图。在块204处，燃料箱150储存燃料151。燃料箱150内的燃料151的压力等于第一燃料压力P1。在块206处，内燃引擎170在低于第一燃料压力P1的第二燃料压力P2下消耗燃料151。如以上所提到的，内燃引擎170被流体地连接到燃料箱150。在块208处，使用燃料调节器160将燃料151的压力从第一压力P1减小到第二压力P2。燃料调节器160将燃料箱150流体地连接到内燃引擎170。在块210处，使用空气组件110将空气104从空气入口111供应到内燃引擎170。如以上所提到的，空气组件110包括：第一空气供应路线112，其流体地连接空气入口111与内燃引擎170。第一空气供应路线112与燃料调节器160是热连通的。如以上所提到的，第一空气供应路线112可以通过空气盒118与燃料调节器160热连通。空气组件110进一步包括：第二空气供应路线114，其流体地连接空气入口111与内燃引擎170。如在图1中所见，第二空气供应路线114与第一空气供应路线112平行。在块212处，使用空气阀120调节流过第一空气供应路线112和第二空气供应路线114中的至少一个的空气。

尽管以上说明已经以特定顺序对图2的流程进行了说明，但应当领会，除非在所附的权利要求中另作具体要求，这些步骤的顺序可以进行变更。

如以上所述，实施例可以采用处理器执行的过程和用于实践（practice）那些过程的装置（诸如处理器）的形式。实施例也可采用计算机编程代码的形式，所述计算机编程代码包含被体现在有形介质（诸如软盘、CD ROM、硬盘、或任何其他的计算机可读储存介质）中的指令，其中，当计算机编程代码被下载到计算机中并被计算机执行时，计算机成为了用于实践实施例的装置。实施例也可采用计算机编程代码的形式，例如，无论是被储存在储存装置中，被下载到计算机中和/或被计算机执行，还是经一些传输介质被传输，被下载到计算机中和/或被计算机执行，还是经一些传输介质被传输（诸如经电线或电缆，通过纤维光学，或经由电磁辐射），其中，当计算机编程代码被下载到计算机中并被计算机执行时，计算机成为用于实践示例性的实施例的装置。当在通用目的微处理器上实施时，计算机编程代码片段（segment）将微处理器配置成产生具体的逻辑电路。

术语“约”旨在包括与基于在提交申请的时候可得到的装备的特定量的测量相关联的误差的程度。例如，“约”可包括给定值的±8%或5%或2%的范围。

本文所使用的术语仅是为了说明特定实施例的目的，并且无意于成为本公开的限制。如在本文所使用的，单数形式“一个（a）”、“一个（an）”和“所述（the）”旨在也包括复数形式，除非上下文另作清楚指示。将进一步理解，当用在此说明书中时，术语“包括（comprises）”和/或“包括（comprising）”指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他的特征、整体、步骤、操作、元件部件和/或其群组的存在或增加。

尽管已经参考示例性的实施例或多个实施例对本公开进行了说明，将被本领域技术人员理解的是，可以做出各种改变，并且在不背离本公开的范围的情况下，可以用等同物替换其元件。此外，在不背离其实质范围的情况下，可以做出许多修改以使得特定情况或材料适应本公开的教导。因此，旨在本公开不限于作为被设想用于实现本公开的最佳方式进行公开的特定实施例，而是本公开将包括落入权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种燃料系统，其包括：

燃料箱，其配置为储存燃料，所述燃料箱内的所述燃料的压力等于第一燃料压力；

内燃引擎，其流体地连接到所述燃料箱，所述内燃引擎被配置为在低于所述第一燃料压力的第二燃料压力下消耗燃料；

燃料调节器，其将所述燃料箱流体地连接到所述内燃引擎，所述燃料调节器被配置为将所述燃料的压力从所述第一燃料压力减小到所述第二燃料压力；

空气供应组件，其配置为将空气从空气入口供应到所述内燃引擎，所述空气供应组件包括：

第一空气供应路线，其流体地连接所述空气入口与所述内燃引擎，所述第一空气供应路线与所述燃料调节器热连通；

第二空气供应路线，其流体地连接所述空气入口与所述内燃引擎，所述第二空气供应路线与所述第一空气供应路线并联；以及

空气阀，其配置为调节流过所述第一空气供应路线和所述第二空气供应路线中的至少一个的空气，且

其中：

所述内燃引擎在重力方向上位于所述燃料调节器的上方。

2.如权利要求1所述的燃料系统，其进一步包括：

空气盒，其在介于所述空气入口与所述内燃引擎之间的所述第一空气供应路线内，所述空气盒包含所述燃料调节器，其中在所述第一空气供应路线内的空气被配置为流经所述燃料调节器。

3.如权利要求1所述的燃料系统，其进一步包括：

控制器，其与所述空气阀和所述内燃引擎连通，所述控制器被配置为响应于所述内燃引擎的空气温度要求来控制所述空气阀的操作。

4.如权利要求1所述的燃料系统，其中：

所述空气阀位于所述第二空气供应路线中。

5.如权利要求1所述的燃料系统，其中：

所述燃料是压缩天然气和液化天然气中的至少一个。

6.一种向内燃引擎提供燃料的方法，所述方法包括：

将燃料储存在燃料箱内，所述燃料箱内的所述燃料的压力等于第一燃料压力；

使用内燃引擎在低于所述第一燃料压力的第二燃料压力下消耗所述燃料，所述内燃引擎被流体地连接到所述燃料箱；

使用燃料调节器将所述燃料的压力从所述第一燃料压力减小到所述第二燃料压力，所述燃料调节器将所述燃料箱流体地连接到所述内燃引擎；

使用空气供应组件将空气从空气入口供应到所述内燃引擎，所述空气供应组件包括：

第一空气供应路线，其流体地连接所述空气入口与所述内燃引擎，所述第一空气供应路线与所述燃料调节器热连通；以及

第二空气供应路线，其流体地连接所述空气入口与所述内燃引擎，所述第二空气供应路线与所述第一空气供应路线并联；并且

使用空气阀调节流过所述第一空气供应路线和所述第二空气供应路线中的至少一个的空气；且

其中：

所述内燃引擎在重力方向上位于所述燃料调节器的上方。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述空气供应组件进一步包括：

空气盒，其在介于所述空气入口与所述内燃引擎之间的所述第一空气供应路线内，所述空气盒包含所述燃料调节器，其中在所述第一空气供应路线内的空气被配置为流经所述燃料调节器。

8.如权利要求6所述的方法，其进一步包括：

使用与所述空气阀和所述内燃引擎连通的控制器，响应于所述内燃引擎的空气温度要求来控制所述空气阀的操作。

9.如权利要求6所述的方法，其中：

所述空气阀位于所述第二空气供应路线中。

10.如权利要求6所述的方法，其中：

所述燃料是压缩天然气和液化天然气中的至少一个。

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