專利名稱：液化燃料動力系統和用于操作該液化燃料動力系統的方法
技術領域：
本發明涉及氣體燃料內燃機的技術領域，更特別地涉及液化燃料動力系統和用于操作該液化燃料動力系統的方法。
背景技術：
隨著我國經濟的迅速發展和車輛保有量的迅速增長，我國在能源發展方面正面臨著諸多嚴峻考驗，諸如汽車能源需求增大、國家能源安全形勢緊迫，環境保護要求嚴格等。 因此，發展清潔的代用燃料，控制車輛有害物質排放，已成為車輛發展戰略中一項十分重要而緊迫的任務。液化燃料發動機，諸如液化天然氣(LNG)發動機，以液化燃料來為車輛提供動力， 其具有排放低、續航里程長等眾多優點。因此，諸如LNG發動機的液化燃料發動機的應用是當前的一種發展趨勢。液化燃料發動機使用的這種液化燃料通常以低溫液體形式儲存，并通過汽化裝置將液體形式的燃料轉換成氣體形式提供給發動機。在我國一些地區，裝有LNG發動機的車輛目前已經開始投入實際使用，但是LNG發動機在實際應用中還是面臨著一些問題。在我國的北方地區，冬季溫度通常特別低，有時甚至達到零下30至零下40度。普通LNG罐通在開始使用時或者在較高溫度下能夠正常流出液體燃料，而在溫度較低時或者使用了一段時間后，液體燃料的流量就會變小，低于一定的溫度時甚至不能流出液體燃料。因此這會造成LNG發動機起動困難。目前在市場上也可以獲得能夠在較低溫下正常流出LNG的LNG罐，然而這種LNG罐需要使用特殊的材料制造，其制造成本非常高。另外，使LNG汽化需要大量的熱量。在冷車起動時，可能由于環境溫度過低無法提供足夠的熱量用于汽化，從而引起汽化不良。這繼而會造成對LNG發動機的供氣不足，導致 LNG發動機起動困難。此外，在對LNG發動機供氣不足的情況下，還會引起燃燒不充分，從而進一步導致排放惡化。
發明內容
有鑒于此，本發明公開了一種改進的技術方案，用于解決或者至少部分上緩解上述在現有技術中出現的問題。根據本發明的第一方面，提供了一種液化燃料動力系統。該液化燃料動力系統可以包括發動機以及用于向發動機供應氣態燃料的燃料供應系統。其中該燃料供應系統可以包括汽化裝置，被配置為將液態燃料汽化為氣態燃料以供應給發動機，以及加熱裝置，其通過一冷卻液循環系統與所述汽化裝置耦合，以向所述汽化裝置提供將液化燃料汽化成氣態燃料的熱量。根據本發明的第一方面的一個實施方式，該汽化裝置還通過另一冷卻液循環系統與發動機耦合，以利用來自發動機冷卻液的熱量將液化燃料汽化成氣態燃料。
根據本發明的第一方面的另一實施方式，該加熱裝置被配置為至少在發動機起動前向汽化裝置提供將液化燃料汽化成氣態燃料的熱量。根據本發明的第一方面的再一實施方式，該燃料供應系統還包括儲存液態燃料的儲液裝置，其經由第一管路與所述汽化裝置耦合，以向所述汽化裝置供應液化燃料；以及儲存氣態燃料的儲氣裝置，其經由第二管路與汽化裝置耦合以接收汽化得到的氣態燃料， 以及經由第三管路與發動機燃料入口相連以向發動機提供氣態燃料。在該實施方式中，該儲氣裝置還經由第四管路與加熱裝置耦合，以向加熱裝置提供加熱冷卻液的氣態燃料。此外該加熱裝置利用所述儲氣裝置中余留的氣態燃料起燃。根據本發明的第一方面的又一實施方式，該燃料供應系統還包括位于冷卻液循環系統中的第一溫度傳感器，用于感測冷卻液循環系統中液體的溫度，其中發動機被配置為在感測的溫度超過起動閾值時起動。根據本發明的第一方面的另一實施方式，該燃料供應系統還包括配置用于對加熱裝置的操作進行定時的第一定時器，發動機被配置為響應于該第一定時器超時而起動。根據本發明的第一方面的再一實施方式，該液化燃料動力系統還可以包括位于所述另一冷卻液循環系統中的第二溫度傳感器，用于感測前述另一冷卻液循環系統中的冷卻液溫度，其中加熱裝置被配置在第二溫度傳感器所感測的溫度超過設定閾值時停止對汽化裝置提供熱量。根據本發明的第一方面的又一實施方式，該液化燃料動力系統還可以包括配置為對加熱裝置的操作進行定時的第二定時器，其中加熱裝置被配置為響應于第二定時器超時而停止對汽化裝置提供熱量。根據本發明的第一方面的另一實施方式，該液化燃料動力系統還可以包括增壓裝置，配置用于增加儲液裝置的內部壓力。該增壓裝置是自增壓裝置，例如是空浴式汽化
ο根據本發明的第一方面的再一實施方式，該液化燃料動力系統還可以包括引導裝置，配置用于將加熱裝置排放出的熱氣體弓I導至自增壓裝置處。根據本發明的第一方面的又一實施方式，加熱裝置還與車輛的后處理系統耦合， 以將加熱裝置排放出的熱氣體引入所述后處理系統中進行處理。根據本發明的第一方面的再一實施方式，該液化燃料動力系統還可以包括暖風換熱裝置，其與加熱裝置中的冷卻液連通，以通過與加熱裝置冷卻液的熱交換來提供暖風。根據本發明的第一方面的再一實施方式，該液化燃料動力系統還包括設置在所述冷卻液循環系統中的一個或者多個泵浦裝置。根據本發明的第二方面，提供了一種操作液化燃料動力系統的方法。該方法可以包括利用該系統中余留的氣態燃料來起燃加熱裝置；利用加熱裝置來對用于將液化燃料汽化成氣態燃料的汽化裝置進行預加熱；以及在起動發動機后，通過來自發動機冷卻液的熱量來加熱汽化裝置。根據本發明的第二方面的一個實施方式，所述發動機可以在滿足以下條件任何之一時起動用于預加熱汽化裝置的加熱裝置冷卻液的溫度達到起動閾值；以及預加熱已經執行了設定的第一時間段。根據本發明的第二方面的另一實施方式，該方法還可以包括在滿足以下條件任何之一時停止對汽化裝置的預加熱用于加熱所述汽化裝置的發動機冷卻液的溫度達到停止閾值；以及預加熱已經執行了設定的第二時間段。根據本發明的第二方面的再一實施方式，該方法還可以包括以下其中任何一項或者多項將所述加熱裝置排放出的熱氣體引導至用于儲存液化燃料的儲液裝置的自增壓裝置處，以便通過熱交換增加該儲液裝置的內部壓力；將加熱裝置排放出的熱氣體引入后處理系統中進行處理；以及通過加熱裝置為用于提供暖風的暖風換熱裝置提供熱量。根據本發明的第二方面的再一實施方式，該自增壓裝置是空浴式汽化器。根據本發明的第三方面，還提供了一種車輛系統，包括根據上述第一方面中任一實施方式的液化燃料動力系統。根據本發明的技術方案，采用加熱裝置和發動機聯合工作的技術，在LNG發動機起動前利用加熱裝置對汽化裝置進行預加熱，而在LNG發動機的正常操作期間可以由發動機來提供執行汽化所需的熱量。因而，在LNG發動機冷車起動時為LNG汽化裝置提供足夠的熱量，為發動機提供壓力、溫度穩定的天然氣。同時，根據優選的實施方式，還能夠促進液化燃料從儲罐內的流出。因而，根據本發明，能夠在冷車起動時為發動機提供足夠的氣體燃料，從而改善發動機的起動性能和排放性能，提高LNG發動機的環境適應性。
通過對結合附圖所示出的實施方式進行詳細說明，本發明的上述以及其他特征將更加明顯。在本發明附圖中，相同的標號表示相同或相似的部件，其中圖1示出了現有技術中的液化燃料動力系統。圖2示出了根據本發明的一個實施方式的液化燃料動力系統的示意圖。圖3示出了可以在本發明的一個實施方式中使用的加熱裝置的示意圖。圖4示出了可以在本發明的一個實施方式中使用的液化燃料供應系統的示意圖。圖5示出了根據本發明的一個實施方式用于操作該液化燃料動力系統的方法的流程圖。
具體實施例方式在下文中，將參考附圖通過實施方式對本發明提供的液化燃料動力系統和用于操作液化燃料動力系統的方法進行詳細的描述。應該理解，下述實施方式僅僅是示例性的，而非限制性的。首先，將參考圖1來描述現有技術中的液化燃料動力系統。圖1示出了根據現有技術的液化燃料動力系統100的示意圖。如圖1所示，該液化燃料動力系統100可以包括燃料供應系統101(圖中以虛線框示出)和發動機102，其中燃料供應系統101經由冷卻液循環系統103(圖中以虛線框示出)與發動機102耦合。該燃料供應系統101為發動機102提供氣態燃料。發動機102諸如是LNG發動機，用于通過燃燒氣態燃料來為車輛提供動力。該冷卻液循環系統103是由發動機側換熱器、燃料供應系統側換熱器、從發動機102到燃料供應系統101的冷卻液管路以及從燃料供應系統101到發動機102的冷卻液管路組成的冷卻液回路。在發動機側換熱器中被加熱的冷卻液經由冷卻液管路傳送給燃料供應系統側換熱器，以便為燃料供應系統提供生成氣態燃料所需的熱量。冷卻液經過燃料供應系統側換熱器后進一步經過管路返回到發動機側換熱器以便被重新加熱。該燃料供應系統101可以包括儲液裝置1011、汽化裝置1012和儲氣裝置1013。儲液裝置1013是例如LNG罐的儲液罐，其中儲存有液化燃料。儲液裝置1011通過第一管路 1014向汽化裝置1012提供液化燃料。該儲液裝置1011可以重新填充液化燃料。汽化裝置1012例如可以是水浴式汽化器，其經由第一管路1014接收來自儲液裝置1011的液化燃料，并通過與經由冷卻液循環系統103來自發動機102的冷卻液的熱交換吸收熱量，使液化燃料汽化成氣態燃料。例如將LNG轉換成壓縮天然氣(CNG)。汽化裝置1012汽化后的氣態燃料通過連接在汽化裝置1012和儲氣裝置1013之間的第二管路1015進入儲氣裝置1013 中。儲氣裝置1013中的氣態燃料通過儲氣裝置1013與發動機102之間的第三管路1016 被供應到發動機102的燃料入口。該發動機102例如是LNG發動機，其利用汽化得到的氣態燃料(例如NG)進行燃燒產生動力，從而驅動車輪轉動。在發動機102工作過程，燃燒會產生大量的熱，用于冷卻發動機102的冷卻液的溫度相對于環境溫度而言也是很高的。該高溫冷卻液可以通過冷卻液循環系統103提供給汽化裝置1012，用以對汽化裝置1012中的液化燃料進行加熱，從而為其提供汽化所需的熱量。發動機102燃燒的廢氣例如進入后處理系統中進行進一步處理。該系統100還可以進一步包括位于冷卻液循環系統103的管路上的換熱量控制器 1017，其根據冷卻液的溫度控制冷卻液的流量，從而控制提供給汽化裝置的熱量以由此控制汽化產生的氣態燃料的溫度，進而防止發動機的進氣溫度過高而導致發動機爆燃。此外， 圖1所示的液化燃料動力系統100還可以包括中冷器104，其用于將進入發動機102氣態燃料的溫度降低至適合的溫度。然而，如前文所述，根據該現有技術的液化燃料動力系統100，在冷車起動時，尤其是環境溫度較低的情況下，會造成儲液罐內的壓力較低，從而使得液體燃料的流出困難。另外，汽化所需的熱量也會出現供應不足的情況，導致LNG的燃料供應不足。因此，存在LNG 起動性能不良、環境適應性差、排放不良等問題。本發明人一直致力于對上述問題的研究。在實際應用中，發明人注意到，每次停止發動機操作后，通常用于存儲氣態燃料的儲氣罐6中會留存一些氣態燃料。這些氣體燃料通常會在下一次起動時提供給LNG發動機由其使用。本發明人在注意到該情況后，針對現有技術中的問題，提出了一種全新的解決方案。根據該解決方案，為液化燃料動力系統提供一個用于對汽化裝置進行預加熱的加熱裝置，并將這些余留的氣態燃料引入到加熱裝置中，作為用于起燃加熱裝置的燃料。為此，本發明提供了一種改進的液化燃料動力系統。在下文中，將首先參考圖2來描述根據本發明實施例的液化燃料動力系統。圖2 示出了根據本發明的一個實施方式的液化燃料動力系統200的示意圖。如圖2所示，本發明的液化燃料動力系統200與現有技術的液化燃料動力系統100 類似，也包括燃料供應系統201(由虛線框示出)、發動機202和冷卻液循環系統203(以虛線框示出)。該燃料供應系統201可以包括儲液裝置2011、汽化裝置2012和儲氣裝置2013， 連接儲液裝置2011與汽化裝置2012的第一管路2014、連接汽化裝置2012與儲氣裝置2013 的第二管路2015，以及連接儲氣裝置2013和發動機202的第三管路2016。該系統還包括位于冷卻液循環系統203的管路上的換熱量控制器2017，這些部件均與圖1的相應元件類似，在此不做詳細描述。根據本發明的實施方式，該燃料供應系統201還可以包括加熱裝置2018，該加熱裝置例如是燃氣加熱器，其通過第四管路2019與儲氣裝置2013相連通。在初始時，加熱裝置2018將利用儲氣裝置2013中的余留氣態燃料起燃。該燃料供應系統201進一步包括另一冷卻液循環系統2020，其包括加熱裝置側換熱器、汽化裝置側換熱器、從加熱裝置2018到汽化裝置2012的液體管路以及從汽化裝置 2012到加熱裝置2018的液體管路組成的冷卻液回路。由該加熱裝置2018加熱的液體經由該另一冷卻液循環系統2020提供給汽化裝置2012，以在汽化裝置2012中對液態燃料進行預加熱。從汽化裝置2010中流出的冷卻液進一步通過管路返回到加熱裝置側換熱器，從而形成循環回路。在該另一冷卻液循環系統2020中可以包括一個或者多個泵浦裝置2021，用于促進循環系統內部冷卻液的循環流動。根據本發明的實施方式，在發動機202冷車起動前，首先將儲氣裝置2013內余留的氣態燃料引導至加熱裝置2018中，而不是如現有技術那樣提供發動機202。加熱裝置 2018利用這些余留氣態燃料起燃，并在燃燒室內開始燃燒，燃燒過程產生的熱量通過熱交換傳遞給冷卻液。該高溫冷卻液在該另一冷卻液循環系統2020中循環至汽化裝置2012處， 以通過汽化裝置2012中的換熱器將汽化裝置2012中的液化燃料進行加熱汽化。汽化得到的氣態燃料(例如CNG)進一步為加熱裝置2018的燃燒提供燃料，從而使得加熱裝置2018 能夠持續燃燒，并為汽化裝置2012的汽化持續提供熱量。在對汽化裝置2012預加熱到一定程度后，例如在汽化的氣量基本滿足起動LNG發動機的要求后，可以起動發動機202。在本發明的一個實施方式中，可以包括位于該另一冷卻液循環系統2020中的一個溫度傳感器，該溫度傳感器可以設置在該另一冷卻液循環系統2020中任何適當的位置， 用于來感測該另一冷卻液循環系統2020中的冷卻液溫度，特別是從汽化裝置2012返回到加熱裝置2018的冷卻液溫度。特別地，該溫度傳感器可以設置從汽化裝置2012至加熱裝置2018的冷卻液管路上，也可以設置在汽化裝置2012的冷卻液出口處或加熱裝置2018的冷卻液入口處。當感測的水溫達到設定的起動溫度閾值時，起動發動機。在根據本發明的另一實施方式中，可以包括定時器，用于對加熱裝置2018的操作進行計時，該定時器的超時時間被設定為用于起動發動機202的起動時間段。當該定時器超時時，即，加熱裝置2018操作了設定的起動時間段時，起動發動機。在發動機202起動后，儲氣裝置2013中的一部分氣態燃料將提供至發動機202中進行燃燒。用于冷卻發動機的冷卻液可以如現有技術那樣提供至汽化裝置2012處，從而與加熱裝置2018 —起對汽化裝置2012進行加熱，進一步促進液化燃料的汽化。進一步地，在僅依靠發動機就能夠為汽化裝置2012提供足夠的熱量后，出于節約能源和安全的考慮，可以停止加熱裝置2018對汽化裝置2012的預加熱操作，即使加熱裝置停止對汽化裝置提供熱量。在根據本發明的一個實施方式中，可以包括另一溫度傳感器，該另一溫度傳感器可以設置在冷卻液循環系統2017中的任合適當的位置，用以感測該冷卻液循環系統2017中的冷卻液溫度，特別是從汽化裝置2012返回到發動機側的冷卻液溫度。 特別地，該溫度傳感器可以設置從汽化裝置2012到發動機202的管路上，也可以設置在發
8動機202的冷卻液入口處，或者設置在汽化裝置2012的冷卻液出口處。當測得的發動機冷卻液的溫度達到設定的停止溫度閾值時，可以停止加熱裝置8對汽化裝置2的預加熱操作。 例如，可以關閉加熱裝置2018并使電動泵浦裝置2021停止工作。根據本發明的一個實施方式，也可以在加熱裝置2018執行預加熱操作設定的時間段后，停止加熱裝置2018對汽化裝置2012的預加熱操作。例如，可以包括用于對預加熱操作進行計時的另一定時器，該定時器的超時時間被設定為停止預加熱的停止時間段。在該定時器超時時，可以停止加熱裝置2018對汽化裝置2012的預加熱操作。根據本發明的一個實施方式，儲液裝置2011還可以配備有增壓裝置2022，例如是空浴式汽化器，配置用于通過熱交換來增加存儲液化燃料的儲液裝置2011的內部壓力，從而促使液化燃料從儲液罐2011內流出。該增壓裝置與儲液罐流體連通，且可以吸收環境熱量以使流經該增壓裝置的液態燃料的溫度升高、體積膨脹，從而使得罐內壓力增加。然而， 在環境溫度極低時，可能無法通過正常熱交換來增加儲液罐內部壓力。針對這一問題，本發明人考慮到在加熱裝置2018燃燒過程中，會產生大量的廢氣，該廢氣是高溫氣體。廢氣通常可以通過連接在加熱裝置與車輛的后處理系統之間的管道裝置(圖中未示出)而提供至后處理系統中，進行進一步處理，以提高排放性能。基于上述情況，本發明人設想到可以采用引導裝置，例如導流管等，將加熱裝置排放出的至少一部分氣體引導至增壓裝置2022處，從而增加自增壓裝置附近的環境溫度，促進其在低溫環境下的自增壓作用。另外，可以根據儲液裝置2011內的內部條件，諸如壓力、溫度、液位等條件，來自動調節增壓裝置2022，以將儲液裝置2011的內部壓力維持在適當水平。在上文中描述的是，通過關閉加熱裝置和水泵來停止對汽化裝置的預加熱。但是本發明并不局限于此。在本發明的一個實施方式中，可以將經由加熱裝置2018加熱的冷卻液引導至需要加熱的任何其他部件處，諸如用于汽車擋風玻璃除霧、車內取暖等。例如，在本發明的一個實施方式中，還可以包括暖風換熱裝置，其能與所述加熱裝置2018流體連通，并與加熱裝置冷卻液進行熱交換，從而提供暖風。本領域技術人員可以理解，上述的起動閾值、起動時間段、停止閾值和停止時間段可以根據經驗確定，或通過反復試驗來確定。需要說明的是，上述停止預加熱操作的停止閾值通常高于起動發動機的起動閾值，并且停止預加熱的時間段通常高于起動發動機的時間段。然而根據本發明，也可以在起動發動機的同時停止加熱裝置對汽化裝置的預加熱。通常，在起動發動機后一段時間停止預加熱是優選的，這是因為可以在發動機尚不能獨自為汽化裝置提供正常操作所需的熱量之時，還可以通過加熱裝置繼續對汽化裝置提供氣化所需的熱量，這樣可以進一步提高起動性能和排放性能。在停止對汽化裝置2012的預加熱后，進入正常操作過程，其中發動機正常運轉， 并僅利用發動機202的冷卻液為LNG的汽化提供熱量。在正常操作模式中，可以利用換熱量控制器2017根據發動機冷卻液的溫度來控制冷卻液的流量，從而控制提供給汽化裝置的熱量以由此控制汽化產生的氣態燃料的溫度，進而防止由于進氣溫度太高導致天然氣發動機爆燃。另外，儲氣裝置2013的燃氣出口壓力和溫度位置應維持在一定范圍內，以防止發動機嚴重喘振或丟火。以上措施可以使氣源溫度壓力穩定，保證發動機工作狀態穩定。需要說明的是，圖2中示出了后處理系統等，這只是出于清楚描述的目的。事實上，本發明的液化燃料動力系統可以不包括后處理系統等。另外，雖然在上述圖2的實施例中，由儲液裝置2013中的剩余氣態燃料為加熱裝置2018提供燃料，但本領域技術人員應該理解，能夠給加熱裝置2018提供燃料源的其他實施方式也是可行的。另外，雖然在上述圖2的實施例中，描述了在發動機起動后停止加熱裝置2018的操作而僅由來自發動機的冷卻液為加熱裝置2012提供將液態燃料汽化為氣態燃料的熱量，但本領域技術人員應該理解，也可以在發動機起動后，仍然僅由加熱裝置2018為汽化裝置提供熱量，或者兩者同時為汽化裝置2012提供熱量。這取決于具體的設計選擇。此外，圖3和圖4分別示出了可以在本發明中使用的加熱裝置和燃料供應系統的例子。在下文中，將參考圖3和圖4來進一步介紹加熱裝置和燃料供應系統。如圖3所示，示出了可以在本發明中采用的加熱裝置300的一個實施例。該加熱裝置例如是燃氣加熱器，其根據燃燒換熱原理，通過燃燒氣體燃料來加熱冷卻液循環系統內的冷卻液介質，并依靠冷卻液介質的循環流動來達到對其他裝置加熱的目的。作為例子， 該燃氣加熱器300主要包括外部護罩301、氣路接頭302、廢氣口 303、燃燒室304、后燃燒室 305、熱交換器306、加熱器出水口 307、噴氣嘴308、水泵309、加熱器進水口 310、風扇311以及空氣入口 312。經由第四管道2019(如圖2所示)來自儲氣裝置2013的余留氣態燃料通過氣路接頭302到達噴氣嘴308，助燃空氣通過空氣入口 312并在風扇311的輔助下進入燃燒室 304。在點火后，到達噴氣嘴的氣態燃料在助燃空氣的作用下開始燃燒，形成火焰。燃燒后形成的廢氣進入后燃燒室305，其與布置在后燃燒室305周圍的熱交換器進行熱交換，將熱量傳遞給熱交換器306內部的冷卻液。燃燒后的廢氣最終經過廢氣口 303排出。該加熱裝置的出水口 307經由從加熱裝置到汽化裝置的冷卻液管路連接到汽化裝置2012，以及進水口 310經由從汽化裝置到加熱裝置的冷卻液管路連接到汽化裝置 2012。加熱后的冷卻液經過加熱器出水口 307循環到汽化裝置2012處，對汽化裝置2012進行加熱。隨后，經過汽化裝置2012后的冷卻液在加熱器進水口 310再次回到加熱器內部， 并被再次加熱。如此循環往復，實現了對汽化裝置2012的持續加熱。在汽化裝置2012與該加熱裝置2018的入水口 310之間，還可以設置作為泵浦裝置的水泵309，用于促進加熱裝置8的冷卻液的循環流動。通常，在該加熱裝置的開機操作中，首先起動水泵309使冷卻液開始循環流動。隨后，在經過諸如負載檢測、元件故障檢測等各種檢測后，使加熱器開始工作，對加熱器點火。 在點火成功后，加熱器進入正常操作狀態。控制器將根據加熱器入口處的水溫傳感器來控制循環系統內部的冷卻液介質溫度，使提供給汽化裝置的水溫保持恒定。保持水溫恒定的過程可以是自動控制的過程，在水溫達到設定溫度上限值時，滅火并停止燃燒，而當水溫到設定溫度下限值時，重新點火并進行燃燒。另外，也可以使燃氣加熱器支持手動控制，即可以根據需要隨時開啟或者關閉加熱器。另一方面，在加熱器的關機操作中，通常首先關閉加熱器，最后停止水泵。此外，圖4還示出了可以在本發明中使用的燃料供應系統的例子。如圖4所示，該系統包括罐體401、抽空塞Va、主安全閥S1、副安全閥S2、放空閥Vl、進液止回閥V2、手動截止閥V3、過流閥V4、節約閥V5、平衡閥V6、穩壓閥V7、手動自增壓截止閥V8、自增壓調節閥 V9、充液接頭/加氣面板C2、壓力表1 、液位計Lg、自增壓裝置1^2、水浴式汽化器以及
穩壓罐。其中，罐體401用于儲存液化的氣體燃料，例如LNG。可以通過充液接口 /加氣面板C2由加氣機向罐體填充LNG，并通過進液止回閥V2來控制燃料使其進入罐體內部。供應系統還包括放空閥VI，用于氣罐壓力的釋放。罐內的液化燃料可以經過平衡閥V6提供到汽化器I^rl，該汽化器Prl是在前文提及的汽化裝置，例如是水浴式汽化器。冷卻液通過循環水入口進入汽化器，并與汽化器進行熱交換，從而液化燃料汽化被為氣態燃料，例如LNG被轉換成CNG。冷卻液經過循環水出口排出。優選地，為了防止外圍供氣系統破壞引起燃料的大量外泄，可以在汽化裝置
與平衡閥6之間設置手動截止閥V3和過流截止閥V4。汽化得到的CNG存儲在穩壓罐(對應于前文中的儲氣罐)中，用于維持發動機的用氣需求。在汽化裝置Prl與穩壓罐之間還可以設置穩壓閥V7，用于控制進入發動機的氣量。該系統設置有壓力表1 用于顯示氣瓶內壓力，設置有液位計Lg，其例如通過電容式液位計來根據隔板電容的大小來得到罐內液體的液位。抽空塞Va用于在內部超高壓時提供對罐外殼的保護。在內膽發生泄漏的情況下，將導致夾套內壓力超高，在夾層壓力到達預定值時，例如0. 1至0. 2MPa時，抽空塞將自動打開進行泄壓。主安全閥Sl和副安全閥S2用于以泄壓方式保護罐。在安全方面，該氣瓶的內膽設計有兩級安全閥在超壓時起到保護作用。在超壓情況下首先打開主安全閥，其開啟壓力為1. 75MPa(253psi)，副安全閥的開啟壓力為2. 41MPa (350psi)。在主安全閥失靈或發生故障時，副安全閥工作。這樣確保氣瓶的使用安全。節約閥V5可以用于調節罐內的壓力，當瓶內壓力高于節約閥V5設定壓力時，瓶內的氣相(即氣態天然氣)通過節約閥供往發動機，從而降低氣瓶內壓力。另外，需要特別說明的是，該供氣系統包括自增壓裝置。其包括手動自增壓截止閥 V8、自增壓調節閥V9、用作自增壓器的空浴式汽化器ft~2。罐內的液化燃料通過手動自增壓截止閥(V8)和自增壓調節閥流入空浴式汽化器1^2，液化燃料在汽化器內吸熱膨脹，壓力升高后再進入罐體內部，所吸收的熱量用作從罐體向外供液的汽化潛熱，以使氣瓶內的壓力保持在一個較高的水平，這樣就可以使供氣更為順暢。自增壓管路中設置的自增壓節流閥(V9)用以控制自增壓調節水平。該增壓調節水平可以手動控制，也可以基于環境條件， 諸如罐內狀況等來執行自動控制，以便實現更加有效的增壓。需要說明的是，上面參考圖3和圖4對加熱裝置和燃料供應系統的描述只是出于示例性的目的，本發明并不局限于此。根據實際應用可以對該結構進行改變、替換和添加， 或者可以采用其他任何適當的結構。根據本發明，加熱裝置與發動機裝置都是利用同一種液化燃料汽化得到的氣態燃料進行工作，因此克服了如果使用不同燃料將會帶來的結構復雜問題。另外，通過本發明的實施方式，可以在冷車起動之前利用系統中余留的氣態燃料起燃加熱裝置，并通過該加熱裝置對汽化裝置進行預加熱，從而促進液化燃料的汽化，汽化得到的氣態燃料又可以進一步為加熱裝置提供充足燃料。在加熱裝置能夠提供較為充足的氣態燃料時，例如在滿足如上所述的發動機起動條件時，可以起動發動機，進一步由發動機的冷卻液為汽化裝置進行加熱。在僅通過發動機足以為汽化裝置提供熱量后，則停止加熱裝置對汽化裝置的預加熱。例如可以關閉水泵和加熱裝置，或者將循環系統的冷卻液引導到其他需要加熱的位置，例如引導至暖風機，以便用于車輛內部取熱或者車輛擋風玻璃除 Λ" ο另外，由于存儲液化燃料的儲液罐可以通過具有良好導熱性的管路(諸如金屬管路)與汽化裝置相連接，所以汽化裝置從加熱裝置和/或發動機得到的一部分熱量也可以通過該管路傳遞到該儲液罐，從而使得儲液罐內部的壓力增高，促進液化燃料從儲液罐內的流出。而且，在汽化良好的情況下，也減輕了排放不良的問題。此外，本發明還提供了一種用于操作該液化燃料動力系統的方法。下面將參考圖 5來進行詳細描述。首先在步驟S501，利用系統中余留的氣態可燃氣體來起燃加熱裝置。如上所述，每次車輛停止后，在儲氣罐6中會余留一些氣態燃料。之前發動機運轉后余留在儲氣罐6中的氣態燃料可以通過連接在儲氣罐6和加熱裝置8的氣路接頭之間的供氣管路(圖2所示的第四管路2019)提供至加熱裝置。加熱器點火，氣態燃料在助燃空氣的輔助下開始燃燒。接著，在步驟S502，利用加熱裝置對汽化裝置進行預加熱。在起燃加熱裝置后，加熱器循環系統中諸如水的冷卻液被加熱，加熱后的冷卻液在循環系統中被引導至汽化裝置處，通過與汽化裝置進行熱交換為汽化裝置提供熱量，從而促進汽化裝置對液化燃料的汽化。另一方面，液化燃料汽化得到的氣態天然氣又進一步為加熱裝置在其燃燒室內的燃燒提供了燃料。因此，加熱裝置可以持續對汽化裝置進行預加熱。接著，在步驟S503，在起動車輛的發動機后，通過來自發動機冷卻液的熱量來加熱
汽化裝置。在將汽化裝置預加熱至基本能夠為發動機的起動提供燃料時，可以起動發動機。 例如，可以在用以預加熱汽化裝置的加熱裝置冷卻液的溫度達到起動閾值時，或者在已經執行預加熱一預定時間段后，起動發動機。具體的起動溫度閾值和時間段可以通過反復試驗來確定，或者根據經驗來確定。發動機起動后，會產生較大的熱量，用于冷卻發動機的冷卻液溫度通常很高，該高溫冷卻液可以進一步對汽化裝置進行加熱，以便為汽化裝置提供氣化所需的熱量。另外，在發動機正常工作期間，產生的熱量將非常高，應該足以為汽化裝置加熱， 因此為了不引起能源的浪費，并且從安全角度考慮，可以在適當的時候停止加熱器對汽化裝置的預加熱。因此，在根據本發明的一個實施方式中，在用于加熱汽化裝置的發動機冷卻液的溫度達到停止閾值時，停止加熱裝置對汽化裝置的預加熱。在根據本發明的另一實施方式中，在預加熱執行了另一設定的時間段后，停止該預加熱。另外，也可以在起動發動機預定的時間段后停止加熱裝置對汽化裝置的預加熱。該停止溫度閾值和時間段同樣可以通過反復試驗來確定，或者根據經驗來確定可以通過關閉加熱裝置來停止對汽化裝置的預加熱，也可以將冷卻液引導至其他需要加熱的任何部件處，諸如用于汽車擋風玻璃除霧、車內取暖等。另外，在加熱裝置燃燒的過程中，會有大量廢氣排出，這些廢氣通常溫度也比較高。在根據本發明的一個實施方式中，將車輛加熱裝置排放出的熱氣體引導至用于儲存液化燃料的儲存裝置的自增壓裝置處，以便通過熱交換增加儲存裝置的內部壓力。該自增壓裝置例如是空浴式汽化器。這樣，可以有效地利用加熱裝置的廢熱，使得在溫度較低的情況下儲液罐的壓力也足夠高，從而能夠在低溫順利地流出液化燃料。在根據本發明的另一實施方式中，將冷卻液引導至用以提供暖風的暖風換熱裝置處，用以通過加熱裝置為暖風換熱裝置提供熱量。此外，加熱裝置排放出來的廢氣可能存在有有害物質，因此可以將所述車輛加熱裝置排放出的熱氣體引入后處理系統中，以便進行進一步的處理。需要說明的是，在上文中以LNG作為液化燃料的例子對本發明進行了描述。然而， 本發明并不限于此，而是可以適用于采用現有的或者將來出現的其他液化燃料的發動機。需要說明的是，在上文中出于說明的目的，結合圖3給出的具體車輛加熱器和圖4 給出的燃料供應系統對本發明的加熱裝置和燃料供應系統進行了描述，然而本發明并不局限于此，根據本發明的公開，本領域技術人員可以對其進行各種改變、變形和替換。本發明可以應用于諸如公交車、卡車、巴士等采用液態燃料的各種車輛，并且還可以應用于利用液態燃料的移動機械、船舶等。此外，也可以應用于任何適合于使用本發明的設備中。另外，在上文中，以水作為冷卻介質的具體實例進行了描述，然而本發明并不局限于此，實際上本發明還可以采用添加有例如防凍劑等適合物質的任何適當的冷卻液。雖然已經參考目前考慮到的實施方式描述了本發明，但是應該理解本發明不限于所公開的實施方式。相反，本發明旨在涵蓋所附權利要求的精神和范圍內所包括的各種修改和等同布置。以下權利要求的范圍符合最廣泛解釋，以便包含所有這樣的修改及等同結構和功能。
權利要求
1.一種液化燃料動力系統，包括發動機以及用于向發動機供應氣態燃料的燃料供應系統，其特征在于，所述燃料供應系統包括汽化裝置，被配置為將液態燃料汽化為氣態燃料以供應給發動機，以及加熱裝置，其通過一冷卻液循環系統與所述汽化裝置耦合，以向所述汽化裝置提供將液化燃料汽化成氣態燃料的熱量。
2.根據權利要求1所述的液化燃料動力系統，其特征在于，所述汽化裝置還通過另一冷卻液循環系統與發動機耦合，以利用來自發動機冷卻液的熱量將液化燃料汽化成氣態燃料。
3.根據權利要求1所述的液化燃料動力系統，其特征在于，所述加熱裝置被配置為至少在發動機起動前向所述汽化裝置提供將液化燃料汽化成氣態燃料的熱量。
4.根據權利要求1到3任一項所述的液化燃料動力系統，其特征在于，所述燃料供應系統還包括儲存液態燃料的儲液裝置，其經由第一管路與所述汽化裝置耦合，以向所述汽化裝置供應液化燃料；以及儲存氣態燃料的儲氣裝置，其經由第二管路與汽化裝置耦合以接收汽化得到的氣態燃料，以及經由第三管路與發動機燃料入口相連以向發動機提供氣態燃料，其中，所述儲氣裝置還經由第四管路與加熱裝置耦合，以向加熱裝置提供加熱冷卻液的氣態燃料，以及其中所述加熱裝置利用所述儲氣裝置中余留的氣態燃料起燃。
5.根據權利要求1到3任一項所述的液化燃料動力系統，其特征在于，所述燃料供應系統還包括位于所述冷卻液循環系統中的第一溫度傳感器，用于感測所述冷卻液循環系統中液體的溫度，其中所述發動機被配置為在感測的溫度超過起動閾值時起動。
6.根據權利要求1到3任一項所述的液化燃料動力系統，其特征在于，所述燃料供應系統還包括配置用于對所述加熱裝置的操作進行定時的第一定時器，所述發動機被配置為響應于該第一定時器超時而起動。
7.根據權利要求2所述的液化燃料動力系統，其特征在于，還包括位于所述另一冷卻液循環系統中的第二溫度傳感器，用于感測所述另一冷卻液循環系統中的冷卻液溫度，其中所述加熱裝置被配置在所述第二溫度傳感器所感測的溫度超過設定閾值時停止對汽化裝置提供熱量。
8.根據權利要求1到3任一項所述的液化燃料動力系統，其特征在于，還包括配置為對加熱裝置的操作進行定時的第二定時器，其中所述加熱裝置被配置為響應于所述第二定時器超時而停止對汽化裝置提供熱量。
9.根據權利要求4所述的液化燃料動力系統，其特征在于，所述燃料供應系統還包括增壓裝置，用于增加儲液裝置的內部壓力。
10.根據權利要求9所述的液化燃料動力系統，其中所述增壓裝置是空浴式汽化器。
11.根據權利要求9所述的液化燃料動力系統，其特征在于，所述燃料供應系統還包括弓I導裝置，用于將所述加熱裝置排放出的熱氣體弓I導至所述增壓裝置處。
12.根據權利要求1到3任一項所述的液化燃料動力系統，其特征在于，所述加熱裝置還與車輛的后處理系統耦合，以將所述加熱裝置排放出的熱氣體引入所述后處理系統中進行處理。
13.根據權利要求1到3任一項所述的液化燃料動力系統，其特征在于，還包括暖風換熱裝置，其與所述加熱裝置中的冷卻液連通，以通過與加熱裝置冷卻液的熱交換來提供暖風。
14.根據權利要求1到3任一項所述的液化燃料動力系統，其特征在于，還包括設置在所述冷卻液循環系統中的一個或者多個泵浦裝置。
15.一種用于操作燃料動力系統的方法，包括 利用所述系統中余留的氣態燃料來起燃加熱裝置；利用加熱裝置來對用于將液化燃料汽化成氣態燃料的汽化裝置進行預加熱；以及在起動發動機后，通過來自所述發動機冷卻液的熱量來加熱所述汽化裝置。
16.根據權利要求15所述的方法，其中，所述發動機在滿足以下條件任何之一時起動 用于預加熱所述汽化裝置的加熱裝置冷卻液的溫度達到起動閾值；以及預加熱已經執行了設定的第一時間段。
17.根據權利要求15所述的方法，還包括在滿足以下條件任何之一時停止對所述汽化裝置的預加熱用于加熱所述汽化裝置的發動機冷卻液的溫度達到停止閾值；以及預加熱已經執行了設定的第二時間段。
18.根據權利要求15至17任一項所述的方法，還包括以下其中任何一項或者多項 將所述加熱裝置排放出的熱氣體引導至用于儲存液化燃料的儲液裝置的增壓裝置處，以便通過熱交換增加所述儲液裝置的內部壓力；將所述加熱裝置排放出的熱氣體引入后處理系統中進行處理；以及通過加熱裝置為用于提供暖風的暖風換熱裝置提供熱量。
19.一種車輛系統，包括根據權利要求1至14任一項所述的液化燃料動力系統。
全文摘要
本發明公開一種液化燃料動力系統，包括發動機以及用于向發動機供應氣態燃料的燃料供應系統。該燃料供應系統包括汽化裝置，被配置為將液態燃料汽化為氣態燃料以供應給發動機，以及加熱裝置，其通過一冷卻液循環系統與所述汽化裝置耦合，以向所述汽化裝置提供將液化燃料汽化成氣態燃料的熱量。此外，本發明還提供了一種操作該液化燃料動力系統的方法。根據本發明，可以在冷車起動前起燃加熱裝置，以對汽化裝置進行預加熱，從而在冷車起動時能夠提供足夠的氣態燃料，進而改善發動機的起動性能和排放性能，提高發動機的環境適應性。
文檔編號F02B61/00GK102235274SQ20101016664
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月27日 優先權日2010年4月27日
發明者佟德輝, 張強, 李軍銀, 李國祥, 李娜, 邵思東 申請人:濰柴動力股份有限公司