氣體點燃式發(fā)動機(jī)LNG燃料供給系統(tǒng)研究

趙歡歡，陳 亮，董紅莉

（蕪湖佳景科技有限公司，安徽 蕪湖 241080）

氣體點燃式發(fā)動機(jī)LNG燃料供給系統(tǒng)研究

趙歡歡，陳 亮，董紅莉

（蕪湖佳景科技有限公司，安徽 蕪湖 241080）

通過介紹LNG理化特性，探討LNG氣瓶結(jié)構(gòu)、LNG發(fā)動機(jī)供給系統(tǒng)原理，論述并完善了LNG技術(shù)在重卡汽車上的實踐與應(yīng)用。液化天然氣在常溫常壓下，不能通過加壓將其液化，而是經(jīng)過預(yù)處理，脫除重?zé)N、硫化物、二氧化碳和水等雜質(zhì)后，深冷到-162℃，實現(xiàn)天然氣的液化。

LNG；重卡；發(fā)動機(jī)；供給系統(tǒng)

1 LNG的基本特性

近年來，天然氣作為一種清潔高效的低碳能源受到國際的普遍關(guān)注。在一次能源消費結(jié)構(gòu)中所占比重日益升高，發(fā)展LNG汽車技術(shù)是未來低碳經(jīng)濟(jì)、綠色環(huán)保領(lǐng)域重要戰(zhàn)略發(fā)展方向，同時也順應(yīng)了現(xiàn)代物流發(fā)展趨勢，為廣大消費者所青睞。

（1）天然氣的優(yōu)點。與傳統(tǒng)汽車相比，天然氣具有以下優(yōu)點：①經(jīng)濟(jì)性好，使用成本低廉。天然氣屬于氣態(tài)燃料，與空氣混合較優(yōu)，在缸內(nèi)燃燒較稀薄，經(jīng)濟(jì)性較好。且天然氣價格遠(yuǎn)低于汽油價格，使用成本較低廉，對天然氣商業(yè)化推廣有利。②排放性能好，污染低。天然氣汽車尾氣中的CO降至汽油機(jī)的10%左右，HC降至50%左右，NO降至70%左右，CO2降至90%以下，且不含苯、鉛等致癌物質(zhì)和粉塵污染。③安全性較好。天然氣密度低于空氣，在泄露過程中不易集中，且著火點溫度高，所以車用天然氣具有良好的安全性。

（2）液化天然氣（LNG)的定義。在常溫常壓下，不能通過加壓將其液化，而是經(jīng)過預(yù)處理，脫除重?zé)N、硫化物、二氧化碳和水等雜質(zhì)后，深冷到-162℃，實現(xiàn)液化的天然氣。

（3）液化天然氣的基本性質(zhì)。在常壓下，LNG的密度約為430～470kg/m3（因組分不同而略有差異），燃點約為650℃，熱值為52MMBtu（MJ），在空氣中的爆炸極限（體積）為5%～15%。物理性質(zhì)：無色、無味、液態(tài)透明的液體。

2 LNG氣瓶結(jié)構(gòu)

（1）LNG氣瓶。車用LNG瓶是作為一種低溫絕熱壓力容器，設(shè)計有雙層（真空）結(jié)構(gòu)。內(nèi)膽能夠承受一定的壓力用來貯存和供給低溫液態(tài)的液化天然氣。在內(nèi)膽外壁纏繞由玻璃纖維紙和光潔的鋁箔組成的多層絕熱材料。氣瓶夾層空間被抽成高真空與多層絕熱材料共同形成良好的絕熱系統(tǒng)，用以延長液化天然氣的貯存時間。閥門系統(tǒng)的設(shè)置能夠滿足液化天然氣的充裝和供給。外殼在內(nèi)部超壓條件下的保護(hù)是通過一個環(huán)形的抽空塞來實現(xiàn)的。

（2）LNG氣瓶的主要供氣回路。①加液回路：加液管路由低溫加液口、加液單向閥以及連接的管道組成。加氣站用加氣槍把低溫加液口頂開，液化天然氣被加氣站裝備的低溫泵泵入加氣管道，由于泵的壓力加液單向閥被打開，此時整條加液管路處于開啟狀態(tài)。當(dāng)氣瓶內(nèi)部快加滿的瞬間，由于液體的不可壓縮性，瓶內(nèi)的壓力會迅速升高，達(dá)到加氣機(jī)設(shè)定的停機(jī)壓力時，加氣機(jī)停止加氣，加氣的過程完成。②出液回路：出液管路由出液單向閥（集成于分配頭內(nèi)部）、出液截止閥、過流閥以及連接的管道組成。在沒有使用的情況下，出液截止閥應(yīng)當(dāng)處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)過流閥的進(jìn)口的壓力與出口的壓力差值大于設(shè)計的值時，過流閥會迅速關(guān)閉停止對外供液。關(guān)閉出液截止閥，過流閥很快又回到開啟狀態(tài)。③安全系統(tǒng)：安全系統(tǒng)主要由主安全閥、副安全閥、氣瓶壓力表、液位計、手動放空口以及連接的管道組成。

3 LNG發(fā)動機(jī)供給系統(tǒng)

汽化器是一種水浴蛇管式換熱器。利用發(fā)動機(jī)冷卻水作為加熱介質(zhì)對液化天然氣進(jìn)行加熱。內(nèi)部是盤管作為換熱器的管程，低溫的液化天然氣經(jīng)過后被汽化成適合的溫度供給發(fā)動機(jī)。外部是一根套管作為換熱器的殼程，與汽車發(fā)動機(jī)的冷卻水系統(tǒng)相連形成閉合的回路。

（1）緩沖罐。緩沖罐能減少發(fā)動機(jī)工況急劇變化導(dǎo)致供氣管路壓力波動，可以提高發(fā)動機(jī)供氣壓力的穩(wěn)定性。

（2）燃?xì)獾蛪簽V清器。用于過濾汽化后的天然氣，防止天然氣中的污染物導(dǎo)致噴嘴、混合器等燃?xì)獠考АＦ浒惭b位置應(yīng)方便維護(hù)、拆裝。

（3）穩(wěn)壓器。由于LNG氣瓶最高壓力可達(dá)2.41MPa，而對于ECI控制系統(tǒng)電控調(diào)壓器工作壓力范圍為0.8～1.38 MPa，因此需要采用穩(wěn)壓器以保證進(jìn)入發(fā)動機(jī)的天然氣壓力穩(wěn)定在設(shè)定值之下，穩(wěn)壓器只能降低壓力。

（4）低壓燃料切斷閥。低壓燃料切斷閥用于控制燃?xì)夤┙o，保證發(fā)動機(jī)點火前供給氣路斷開。

（5）電控調(diào)壓器（ECI系統(tǒng)用）。電控調(diào)壓器通過接受來自ECM的控制指令，通過高速電磁閥控制天然氣氣量，從而實時有效控制空燃比。

（6）混合器。混合器通過可變文丘里管，根據(jù)進(jìn)氣流量供給滿足一定體積比所需的燃料，將天然氣和中冷后的空氣充分混分，使燃燒更充分、柔和，有效降低NOx排放和排氣溫度。

4 結(jié)語

我國在LNG生產(chǎn)應(yīng)用方面發(fā)展比較晚，但近年來我國在液化天然氣技術(shù)裝備上取得很多進(jìn)展，目前LNG低溫儲液罐技術(shù)、產(chǎn)品均已成熟，國內(nèi)各大發(fā)動機(jī)廠均有國產(chǎn)大馬力LNG重卡發(fā)動機(jī)產(chǎn)品上市，天然氣加氣站點建設(shè)同步到位，天然氣汽車設(shè)計開發(fā)也日益增多。本文結(jié)合LNG產(chǎn)品車型開發(fā)應(yīng)用技術(shù)以及LNG國家標(biāo)準(zhǔn)，對燃料供給系統(tǒng)與LNG發(fā)動機(jī)匹配，滿足了現(xiàn)階段重卡LNG發(fā)動機(jī)的使用要求。

A Research on LNG Fuel Supply System of Gas Fuelled Positive Ignition Engines

ZHAO Huan-huan，CHEN Liang，DONG Hong-li
（Wuhu G technology co.，LTD.，Wuhu，Anhui 241080，China）

This paper introduced the physicaland chemicalproperties，investigated the structure of LNG cylindersand the principleofLNGenginesupply system，expounded and improved thepracticeand application of LNG technology toheavy trucks. It is impossible to Liquefy liquefied naturalgas through increasing the pressure atnormal temperature and pressure，butafter pretreatment，removing impurities such as heavy hydrocarbon，sulfides，carbon dioxide and water，when the temperature was cryogenic to-162℃，itwould bepossible to liquefynaturalgas.

LNG；heavy truck；engine；supply system

TK403

A

2095-980X（2015）07-0044-01

2015-06-12

趙歡歡(1988-)，女，工程師，主要研究方向：汽車發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)的設(shè)計與研發(fā)。