一种双燃料机车燃料模式切换系统及其切换方法.pdf

本发明提出了一种双燃料机车燃料模式切换系统及其切换方法，所述双燃料机车包括发动机、发动机电喷控制器、LNG罐，所述切换系统包括供液切断阀、气化器、安全阀、进气电磁阀、放散阀、甲烷探测系统、机车微机。本发明对双燃料机车进行安全保障控制，从很大程度上提高了双燃料机车燃料模式切换的安全性。

权利要求书
1.  一种双燃料机车燃料模式切换系统，其特征在于，所述双燃料机车包括发动机、发动机电喷控制器、发动机控制器、LNG罐，所述切换系统包括供液切断阀、气化器、安全阀、进气电磁阀、放散阀、甲烷探测系统、机车微机；
LNG罐、供液切断阀、气化器通过LNG管路顺次连接，气化器安全阀、进气电磁阀、放散阀、发动机通过甲烷气管路顺次连接；
甲烷探测系统包括分布于机车上的若干甲烷传感器、与各个甲烷传感器通信连接的甲烷探测主机；
所述机车微机与发动机电喷控制器、甲烷探测主机、发动机控制器通信连接；
发动机电喷控制器用于向微机发送双燃料使能信号；
所述机车微机用于控制供液切断阀及进气电磁阀的通断、接收双燃料使能信号、检测机车是否满足双燃料使用条件、向发送机控制器发送双燃料模式开关信号；
各个甲烷传感器用于检测其所在位置的甲烷泄露浓度，并将检测结果传送给甲烷探测主机；
甲烷探测主机用于根据甲烷泄露浓度的不同，进行不同的报警。

2.  如权利要求1所述的双燃料机车燃料模式切换系统，其特征在于，还包括手动排空阀，所述手动排空阀位于安全阀与进气电磁阀之间。

3.  如权利要求1或2所述的双燃料机车燃料模式切换系统的切换方法，其特征在于，包括进入双燃料模式的工作流程及退出双燃料模式的工作流程，
进入双燃料模式的工作流程包括如下步骤：
步骤一：司机选择双燃料模式；
步骤二：机车加载；
步骤三：机车微机检测是否满足预先确定好的双燃料使用条件，如果是，则进行步骤三，如否则重复进行此步骤；
步骤四：发动机电喷控制器向机车微机发出双燃料使能信号；
步骤五：机车微机控制打开供液切断阀，机车进入双燃料模式；
退出双燃料模式的工作流程包括如下步骤：
步骤一：司机选择退出双燃料模式；
步骤二：机车微机控制关闭供液切断阀，终止从LNG罐中继续向外供液；
步骤三：机车微机控制关闭进气电磁阀，打开自动放散阀；
步骤五：微机向发动机控制器发送退出双燃料模式开关信号；
步骤六：发动机控制器收到退出双燃料模式开关信号；
步骤七：发动机退出双燃料模式，进入纯燃油工况。

4.  如权利要求3所述的双燃料机车燃料模式切换系统的切换方法，其特征在于，退出双燃料模式的工作流程中，步骤二执行后，延时一段时间后再执行步骤三。

5.  如权利要求4所述的双燃料机车燃料模式切换系统的切换方法，其特征在于，退出双燃料模式的工作流程中，步骤二执行后，延时30秒后执行步骤三。

6.  如权利要求3所述的双燃料机车燃料模式切换系统的切换方法，其特征在于，退出双燃料模式的工作流程中，步骤六执行后，延时一段时间再执行步骤七。

7.  如权利要求6所述的双燃料机车燃料模式切换系统的切换方法，其特征在于，退出双燃料模式的工作流程中，步骤六执行后，延时30秒后执行步骤七。

8.  如权利要求3~7任一项所述的双燃料机车燃料模式切换系统的切换方法，其特征在于，步骤六与步骤七之间保持双燃料模式的过程中，检测机车是否满足预先确定好的双燃料使用条件，如不满足，则立即执行步骤七。

9.  如权利要求3所述的双燃料机车燃料模式切换系统的切换方法，其特征在于，所述双燃料使用条件包括：机油热交换后水温大于40℃、甲烷检测未报警、发动机转速大于发动机设定转速。

说明书一种双燃料机车燃料模式切换系统及其切换方法
技术领域
本发明属于轨道交通领域技术领域，尤其涉及一种双燃料机车燃料模式切换系统及其切换方法。
背景技术
本公司生产制造的双燃料机车样车是国内首次采用以甲烷气体为动力的机车，目前国内外还没有相关双燃料机车安全保障系统控制策略技术。
双燃料机车使用的燃料之一为可燃性很强的天然气，因此对机车的安全性防护非常必要，本控制策略目的就是通过检测和防止LNG/CNG机车上LNG/CNG在储存、气化、传输过程中的泄露，从而保证机车能正常安全的行驶，保证司乘人员的人身安全。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种双燃料机车燃料模式切换系统，所述双燃料机车包括发动机、发动机电喷控制器、LNG罐，所述切换系统包括供液切断阀、气化器、安全阀、进气电磁阀、放散阀、甲烷探测系统、机车微机；
LNG罐、供液切断阀、气化器通过LNG管路顺次连接，气化器安全阀、进气电磁阀、放散阀、发动机通过甲烷气管路顺次连接；
甲烷探测系统包括分布于机车上的若干甲烷传感器、与各个甲烷传感器通信连接的甲烷探测主机；
所述机车微机与发动机电喷控制器、甲烷探测主机、发动机PLC(发动机控制器)通信连接；
发动机电喷控制器用于向微机发送双燃料使能信号；
所述机车微机用于控制供液切断阀及进气电磁阀的通断、接收双燃料使能信号、检测机车是否满足双燃料使用条件、向发送机PLC发送双燃料模式开关信号；
各个甲烷传感器用于检测其所在位置的甲烷泄露浓度，并将检测结果传送给甲烷探测主机；
甲烷探测主机用于根据甲烷泄露浓度的不同，进行不同的报警。
进一步的，还包括手动排空阀，所述手动排空阀位于安全阀与进气电磁阀之间。
上述双燃料机车燃料模式切换系统的切换方法，包括进入双燃料模式的工作流程及退出双燃料模式的工作流程，
进入双燃料模式的工作流程包括如下步骤：
步骤一：司机选择双燃料模式；
步骤二：机车加载；
步骤三：机车微机检测是否满足预先确定好的双燃料使用条件，如果是，则进行步骤三，如否则重复进行此步骤；
步骤四：发动机电喷控制器向机车微机发出双燃料使能信号；
步骤五：机车微机控制打开供液切断阀，机车进入双燃料模式；
退出双燃料模式的工作流程包括如下步骤：
步骤一：司机选择退出双燃料模式；
步骤二：机车微机控制关闭供液切断阀，终止从LNG罐中继续向外供液；
步骤三：机车微机控制关闭进气电磁阀，打开自动放散阀；
步骤五：微机向发动机控制器发送退出双燃料模式开关信号；
步骤六：发动机收到退出双燃料模式开关信号；
步骤七：发动机退出双燃料模式，进入纯燃油工况。
优选的，退出双燃料模式的工作流程中，步骤二执行后，延时一段时间后再执行步骤三。
更优选的，退出双燃料模式的工作流程中，步骤二执行后，延时30秒后执行步骤三。
优选的，退出双燃料模式的工作流程中，步骤六执行后，延时一段时间再执行步骤七。
更优选的，退出双燃料模式的工作流程中，步骤六执行后，延时30秒后执行步骤七。
更优选的，步骤六与步骤七之间保持双燃料模式的过程中，检测机车是否满足预先确定好的双燃料使用条件，如不满足，则立即执行步骤七。
进一步的，所述双燃料使用条件包括：机油热交换后水温大于40℃、甲烷检测未报警、发动机转速大于大于发动机设定转速（本发明设定为580rpm）。
本发明的有益效果为：
1.在所有以LNG或CNG为燃料或燃料之一的机车上均可使用本技术方案。
2.通过控制策略将机车上危险区域、危险时间减至最小，以降低可能影响机车、人员和设备安全的潜在风险。
3.设有适当的控制、报警、监测、切断和气体探测策略，确保气体燃料系统安全、可靠运行。
4.可在机车发生非正常运行情况时，如故障卸载、停机后对气体管路内甲烷进行安全排放，避免机车内发生燃爆事故。
本发明对双燃料机车进行安全保障控制，从很大程度上提高了双燃料机车燃料模式切换的安全性。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图。
具体实施方式
本发明所述双燃料机车包括发动机、发动机电喷控制器、LNG罐，所述切换系统包括供液切断阀、气化器、安全阀、进气电磁阀、放散阀、甲烷探测系统、机车微机。
LNG罐、供液切断阀、气化器通过LNG管路顺次连接，气化器安全阀、进气电磁阀、放散阀、发动机通过甲烷气管路顺次连接。
甲烷探测系统包括分布于机车上的若干甲烷传感器、与各个甲烷传感器通信连接的甲烷探测主机。
所述机车微机与发动机电喷控制器、甲烷探测主机、发动机PLC通信连接。
发动机电喷控制器用于向微机发送双燃料使能信号。
所述机车微机用于控制供液切断阀及进气电磁阀的通断、接收双燃料使能信号、检测机车是否满足双燃料使用条件、向发送机PLC发送双燃料模式开关信号。
各个甲烷传感器用于检测其所在位置的甲烷泄露浓度，并将检测结果传送给甲烷探测主机。甲烷传感器分布于机车上，一般为电气间和/或发动机间和/或冷却间和/或罐车，或者其他容易产生甲烷泄露的地方。
甲烷探测主机用于根据甲烷泄露浓度的不同，进行不同的报警。
当然，所述系统必然包括电源，一般机车上设备使用的是交流电，可利用一个蓄电池及一个逆变电源实现，或者直接使用交流电。
下面对本系统的切换方式进行说明。
包括进入双燃料模式的工作流程及退出双燃料模式的工作流程，
进入双燃料模式的工作流程包括如下步骤：
步骤一：司机选择双燃料模式。
步骤二：机车加载。
步骤三：机车微机检测是否满足预先确定好的双燃料使用条件，如果是，则进行步骤三，如否则重复进行此步骤。
步骤四：发动机电喷控制器向机车微机发出双燃料使能信号。
步骤五：机车微机控制打开供液切断阀，机车进入双燃料模式。
退出双燃料模式的工作流程包括如下步骤：
步骤一：司机选择退出双燃料模式。
步骤二：机车微机控制关闭供液切断阀，终止从LNG罐中继续向外供液。
步骤三：机车微机控制关闭进气电磁阀，打开自动放散阀。
步骤五：微机向发动机发送退出双燃料模式开关信号。
步骤六：发动机收到退出双燃料模式开关信号。
步骤七：发动机退出双燃料模式，进入纯燃油工况。
优选的，步骤二执行后，延时一段时间后再执行步骤三。步骤六执行后，延时一段时间执行步骤七。延时的目的是尽量将机车气管路中已经气化的甲烷气体燃烧完，让气管路中尽量少的残留甲烷气体，减少后期甲烷泄露的可能性与泄露量。本实施例设置延时时间为30s，该数值能较好少残留甲烷气体，且不会时间太长，降低效率。
如在发动机延时30s保持双燃料模式过程中，未延时到30s发动机已不满足双燃料使用条件（如机车卸载，燃气压力小于0.5bar），则发动机立刻退出双燃料模式，机车微机控制关闭发动机前的进气电磁阀，打开放散阀；如此时气化器后管路压力大于1.4MPa，则安全阀动作排除过高压力。
当机车故障卸载时，微机自动关闭LNG管路上的供液切断阀、发动机前的进气电磁阀，终止供液/气，同时打开放散阀，发动机退出双燃料模式，进入纯燃油工况。
当甲烷检测装置检测到甲烷浓度达到低限--警告信号（25%LEL）报警值时，微机控制关闭LNG管路上的供液切断阀，终止供液，延时30s关断发动机前的进气电磁阀，打开放散阀，发动机退出双燃料模式，进入纯燃油工况。
当机车收到紧急停机信号（发动机超速、曲轴箱压力高、泄露甲烷浓度大于50%LEL）时机车实施紧急停机动作。机车紧急停机时，微机卸载，同时给发动机紧急停机信号，并切断LNG供液阀和发动机前供气阀，同时打开放散阀X6将发动机前管路内甲烷气体放散到机车外部大气中，发动机停机。
机车转速小于设定值时，本实施例设置为≤580rpm，微机控制关断供液切断阀，切断LNG供液，当发动机速度≤380rpm时，关断进气电磁阀，此时发动机退出双燃料模式。同时微机控制自动放散阀动作，将供液切断阀到发动机之间管道内甲烷气体排空，避免发生发动机排气口燃爆事故。
需要注意的是，电喷控制器给出双燃料使能信号需满足以下条件：
1.电喷系统无报警。
2.发动机油门信号不小于规定值。
3.发动机转速不小于规定值。