[发明专利]具有以液态形式储存的气体燃料的双引擎系统

说明书

技术领域

本发明公开了一种具有以液态形式储存的气体燃料的双引擎系统。在具体的实施方式中，气体燃料是在低温下以液态形式随车储存在交通工具上的天然气。公开的方法和装置还涉及防止将蒸发气体释放到大气中。

背景技术

使用内燃机来产生动力和驱动机器已经超过一个世纪。历史上，汽油和柴油已经是优选的燃料选择，因为它们是丰富、便宜并且易于储存的。虽然将天然气用作用于交通工具的燃料已经超过五十年，但是广泛应用已出于各种原因而受到限制，所述各种原因包括燃料储存密度、基础设施、燃料可用性以及与常规的由液态燃料供给的运输工具相比通常更高的资本成本。然而，替代性的燃料选择因为一些因素而受到加倍关注，这些因素包括改变经济条件、期望减少污染以及期望减小对逐渐减少且越来越昂贵的石油资源的依赖性。

用天然气或在内燃机中可燃的且在大气压力和温度下为气相的其他气体燃料来替代液态燃料具有许多优点。天然气本身是可燃气体的混合物，但是其主要是甲烷。其他的气体燃料包括乙烷、丙烷以及其他较轻的可燃碳氢化合物衍生物和氢以及其混合物。例如，已经将氢与天然气的混合物用作用于内燃机的燃料，并且这种混合物有时称为“氢能压缩天然气燃料”（“HCNG”）。相比于常规的液体燃料，公开的气体燃料通常更清洁地燃烧并且能够从可再生资源产生。天然气是目前能够获得的最丰富的气体燃料之一，并且在本公开所探讨的示例中天然气被命名为燃料，但是本领域的技术人员将理解的是，公开的主题可由在公开的内燃机中可燃的任何适当的气体燃料所利用。

在过去，大多数由天然气供燃料的交通工具（“NGV”）是自然熏蒸的，即，不直接将天然气引入到汽缸中，而是喷射到进气歧管中，在该进气歧管中，燃料与进气混合并且借助于进气输送到汽缸中，进入通过进气口并且打开进气阀。相比于在压缩冲程末期直接将燃料喷射到燃烧室中的引擎中，需要克服进气歧管中的压力的喷射压力是相对低的。因此，用于自然熏蒸的NGV的燃料供给系统是相对简单的。将燃料保持在液态天然气（LNG）储存罐中并且从其供给，所述液态天然气储存罐具有刚好在引擎入口压力之上的工作压力，或者将燃料保持在压缩天然气（“CNG”）储气瓶中并且通过压力调节器从其供给，所述压力调节器将压力降低至期望的喷射压力。CNG通常在至多250bar的压力下以环境温度储存，但是CNG的缺点是相比于传统的液体燃料或LNG较低的能量密度以及通常与CNG储存罐相关联的相对重的重量，需要将CNG储存罐设计成承受高的储存压力。

另一方面，通常在大约-160℃与-130℃之间的温度下并且相比于CNG在较低的压力下、例如在小于10bar并且通常在大约2bar与8bar之间来储存LNG，LNG具有大约是CNG的能量密度的四倍的能量密度。LNG储存罐提供用于将足够体积的天然气随车储存在NGV上的适当的装置。然而，将LNG用作燃料供给把一些复杂之处引入到燃料处理和供给系统中。一个复杂之处在于，在将液态天然气供给至引擎之前必须将其加热并且转化成气态形式。同样地，为了以液态形式储存这种燃料，必须将其保持为低温，这需要储存罐是隔热的以减少将热量传递到储存空间中。然而，因为低温储存罐需要用于填充和分配燃料的结构元件和管道系统，因此始终存在将一定数量的热量传递到储存空间中，并且当热量被储存的液态气体吸收时，液态气体中的一部分能够转化成具有比液态气体更低的密度的蒸汽，从而引起储存压力的增加。该蒸汽作为蒸发气体（“BOG”）是已知的并且需要将其重新液化或从储存空间中移走以防止储存压力升高到储存罐的压力极限之上。如果BOG的压力高于进气压力，一些熏蒸引擎能够获取BOG并且将其喷射到进气歧管或进气口中。

已经发展了用于NGV的新型的、更有效的引擎，在下文中被称作高压直接喷射（“HPDI”)引擎，该高压直接喷射引擎在压缩冲程的后期在高压下喷射气体燃料以尽量赶上柴油引擎的性能和效率。用于HPDI引擎的燃料喷射压力典型地为至少200bar。为了将储存的液态气体的压力从储存压力升高至至少200bar，通常使用低温泵。需要适当的驱动器以驱动该增压系统中的低温泵。在运输工具应用中，驱动器典型地由电马达推动或借助于通过工作流体传递至泵驱动器的动力以液压的方式被推动。在后者的情况下，液压动力通常从交通工具引擎中得到，交通工具引擎本身由来自LNG储存罐的天然气燃料来供给。