柴油LNG双燃料汽车原理与使用讲座

柴油/LNG双燃料汽车原理与使用讲座江汉油田运输公司周迎二〇一二年九月一、LNG基础知识1、LNG基本概念LNG就是液化天然气，是LiquefiedNaturalGas的简称，天然气是在气田中自然开采出来的可燃气体，在常温常压下呈气体状态，主要成分是甲烷，具有无色、无味、无毒、无腐蚀性等特点。其生产过程是先将气田生产的天然气净化处理，再经超低温（-162℃）加压液化就形成液化天然气。2、LNG与CNG的区别二者都是组分相同的天然气，只不过是存在状态不同而已。CNG(CompressedNaturalGas),即压缩天然气，是天然气加压(超过3,600磅/平方英寸)并以气态储存在容器中。LNG是通过在常压下气态的天然气冷却至-162℃，使之凝结成液体。天然气液化后可以大大节约储运空间和成本，而且具有热值大、性能高等特点。3、LNG的优点1）LNG体积比同质量的天然气小600倍，LNG储存率高。2）LNG汽化潜热高，液化过程中的冷量可回收利用，改装后的车辆，其发动机水温明显降低。3）由于LNG汽化后密度很低，只有约空气的一半，稍有泄漏立即飞散开来，不致引起爆炸。4）由于LNG组分较纯，燃烧完全，燃烧后生成二氧化碳和水，所以它是很好的清洁燃料，有利于保护环境，减少城市污染。二、LNG汽车1、LNG汽车的基本概念。以LNG为燃料的汽车称为LNG汽车，一般分三种形式：一种是完全以LNG为燃料的纯LNG汽车，一种为LNG与柴油混合使用的双燃料LNG汽车，一种为LNG与汽油替换使用的两用燃料汽车。这几种LNG汽车的燃气系统基本相同，都是将LNG储存在车用LNG储罐内，通过汽化装置汽化为0.5MPa左右的气体供给发动机。2、LNG供气系统。LNG供气系统由气瓶、压力显示和液位计量系统、汽化调压总成、充装组件和气瓶支撑系统五部分组成。用于加注和储存LNG，并以气体形式提供天然气燃料给发动机。供气系统可以通过充装组件与LNG加液站进行连接。车用LNG气瓶采用双层金属真空加多层缠绕绝热技术，国内外都能生产，国外技术可保证LNG日蒸发率在2％以内(7天之内不产生蒸发损失)。汽化器采用发动机冷却水作热源，由控制系统根据发动机工况调节其汽化量。工作原理见图1.加气座接增压出液软管充液软管经济调节器手动出液阀一级安全阀二级安全阀压力变送器过流阀回气软管压力表LNG供气系统——气瓶阀箱回气座接增压回气软管充液单向阀放空（回气）阀信号盒增压出液阀升压调节器出液管接汽化器气瓶具有双层设计结构，内胆用来储存LNG，在内胆外壁缠有多层绝热材料，具有隔热保温性能，同时夹套（内胆和外胆之间的空间）被抽成高真空，共同形成高真空多层绝热系统。外胆和内胆支撑结构的设计能够承受车辆在行驶过程中所产生的外部载荷。LNG供气系统——气瓶LNG供气系统——侧装吊架式该种侧装式供气系统主要应用于重型卡车油罐车上，由气瓶、L型鞍座和吊架汽化调压总成组成。气瓶L型鞍座卡车、油罐车汽化调压总成天然气在气瓶中以低温的液态和气态形式储存，在使用中能够以纯液态形式或气液混合形式从气瓶中被输出，由汽化器将其汽化成气体状态。汽化器安装在气瓶和发动机之间，并与发动机冷却系统相连，冷却液流经汽化器壳体并对汽化盘管进行加热。当液化天然气进入汽化器，来自发动机的高温冷却液体将其加热并气化，随后供给发动机。该种测装式汽化调压总成主要应用于卡车和油罐车上，与L型鞍座配套使用。前端增加一块挡泥板绕片式汽化器盘管汽化器调压阀汽化器大梁固定杆图为整个气瓶柜的的主视图和侧视图，下面为加液口和回气座。双罐采用并联方式进液和供气把两个气瓶、加液座、回气座、压力表、缓冲罐和汽化器统一安装在整个柜式的固定架内。这样可以方便一些管线的连接，使汽化器缓冲罐，气瓶和加液座成为一个整体，方便进行车载安装。LNG供气系统——拖挂车柜组式电容传感器根据气瓶内的LNG液位高度产生一个成线性比例的电信号，并传送给信号盒，对信号进行进一步整理，然后传递到LNG车载多参数显示仪上。电信号不受介质状态（液相或气相）和压力的影响，能够精确反映气瓶内燃料的多少。该系统能够适应于加速、刹车、爬坡、转弯等行驶条件变化所带来的瞬间影响。将LNG车载多参数显示仪放置在驾驶室，驾驶员就能够很方便的观察气瓶内压力和液位状况，了解压力和液位的变化，便于及时泄压和补充LNG。压力显示和液位计量系统LNG车载多参数显示仪LNG供气系统——参数表序号项目285330（柜组开放式）3754004504955001产品规格（mm）1550×718×7432120×598×6401870×718×7431960×718×7432138×718×7432297×718×7432297×718×7432公称容积（L）2853403754004504955003有效容积（L）2553033453604054454604最大充装量（Kg）1081281461521711881965空载/满载质量（Kg）254/362278/406290/436306/458329/500350/538352/5486瓶体直径（mm）6606607工作压力（MPa）1.451.598一级安全阀设定压力（MPa）1.721.729二级安全阀设定压力（MPa）2.412.8210汽化器汽化量（Nm³/h）40~90(标配60)8011压力显示方式压力表和压力传感器12表面处理抛光13液位计形式电容式液位计14主体材料奥氏体不锈钢（06Cr19Ni10）3、柴油/LNG双燃料汽车工作原理、特点。工作原理：混合器喷嘴组过滤器电磁阀减压器转速传感器水温传感器油门踏板电源转换器转换开关ECU混合器作用：让天然气和空气在混合器内混合。安装位置：安装在发动机进气歧管上，位于中冷器出口与进气歧管之间。喷嘴组作用：ECU通过控制该执行器件的开启时间，以控制进入发动机的燃气量。原理：燃气喷嘴安装在气轨上，由ECU通过专门驱动电路来控制，燃气喷嘴控制端通过ECU控制燃气喷嘴的开启。ECU控制燃气喷嘴开启时间的长短，称为“喷气脉宽”。喷气脉宽以各种输入信号为参数，由ECU进行计算。燃气喷嘴与减压器燃气出口处相连，燃气从喷嘴喷入进气歧管进入燃烧室。安装位置：位于燃气减压器之后。天然气过滤器作用：主要是滤除天然气中的杂质，防止堵塞燃气喷嘴，对ECU控制的燃气量无法精确实施。影响发动机正常运行。安装位置：减压器与喷嘴之间，维修方便注意安装方向，保持不能有重物挤压，防止损坏漏气。减压器作用：主要是降低稳定气瓶输出燃气的压力，达到喷嘴所使用的工作压力，使ECU控制的燃气量控制精确。安装位置：尽可能的远离排气管，距离不得少于300mm。安装螺丝不得有松动等现象。转速传感器作用：ECU采集发动机转速的主要传感器，是判断发动机状态的信息来源。安装位置：采用原发动机转速（曲轴）传感器的信号。水温传感器作用：ECU采集发动机工作环境的主要传感器。该传感器将水温温度的变化转为电阻值的变化，并以电压的形式提供给ECU。安装位置：该水温传感器安装在发动机小循环出水道上面，时刻监测发动机的温度变化，距小循环出水道口不能大于200mm距离。油门踏板传感器作用：ECU采集司机对发动机的操作要求的主要传感器，是判断发动机状态需求的信息来源。安装位置：采集原车油门踏板的信号线，该信号线的查找请仔细阅读整车电气接口说明单元，安装牢靠。电源转换器作用：把原车24V电源转换为12V电源，该转换器为双燃料系统提供稳定的12V供电电压。安装位置：电源转换器安装在ECU附近，安装处应防水，防油，并且散热良好。指示灯和接头朝下，接头插拔容易。壳底应与安装处良好导通接地。转换开关作用：方便司机对燃料模式转换的操控，选择发动机的燃料状态，即纯柴油模式还是双燃料模式。无论发动机在运行模式或者是在待机模式都能自由切换，保证发动机平稳过渡。安装位置：司机驾驶室仪表附近，方便直接操作。ECU作用：是柴油/天然气双燃料控制系统的核心部件，是微电脑控制器。实现对各个传感器数据的精确采集，与先进的控制策略结合，准确的控制柴油、天然气燃料供给。同时具备发动机异常保护功能，保证发动机的良好运行。安装位置：ECU可安装在驾驶室内仪表台下面，要求通风散热条件良好，控制单元不能受重物碰撞。特点：柴油/天然气双燃料改装是指在原柴油机的基础上原车基础上加装LNG储供气系统、在不改动原车发动机的条件下加装柴油-天然气电控混燃动力系统。从而使车辆由以柴油为燃料转变为以柴油和天然气混合燃料的改装过程和结果。柴油/天然气双燃料发动机技术采用电控单点喷射式，即在进气总管上安装电控混合器,并采集原柴油发动机转速、冷却水温度、油门踏板等信号作为燃料供给量的判据。电子控制单元根据采集的状态参数，确定柴油的喷射量和天然气的喷射量，喷入气缸内的少量柴油在压缩冲程中被压燃，进而引燃喷入气缸内的天然气，从而达到了燃料替代的目的。柴油/天然气双燃料车辆在双燃料模式时使用的燃料是柴油和天然气，在天然气不足时，可以恢复到柴油模式进行行驶。软件控制策略中的油量和气量控制都来自于原柴油机喷油量，主要是利用了原柴油机的电控系统控制策略。因此，改装车型的发动机必须是电控高压共轨发动机。双燃料发动机的燃烧特性与柴油机的燃烧特性不同，柴油机运行时，柴油经高压油泵喷入气缸，其燃料过程是混合控制的，而双燃料发动机在进气过程中天然气随新鲜空气吸入缸内，使压缩冲程形成均质天然气-空气高压混合气。在上止点前，一定量的柴油喷入缸内的天然气-空气混合气中着火自燃，而后引燃天然气-空气混合气，其燃烧过程是由混合控制和火焰传播控制共同作用的，以哪一方面控制为主取决于天然气与柴油的比例。对于用途广泛的柴油汽车，采用双燃料技术是收效最快、费用最低的方法。相比单燃料发动机，柴油/天然气双燃料发动机具有热效率高、功率损失小、综合了烧油动力性好和烧气经济型好的优点。当车辆爬坡等需要发动机输出较大动力时，ECU会自动提高柴油的供油比例，平路行驶则以30%的柴油和70%的天然气的比例提供燃料，下坡则以燃烧天然气为主。加装的ECU具有自学习、自诊断等功能，且不影响原柴油机喷射模式，改装方便，操作简单，过渡平稳，且双燃料模式下，保证发动机原功率、扭矩满足原车动力性。天然气替代率可达到65%以上，可节约燃料费用20%以上。三、LNG汽车的优势（1）车用LNG的存储优势天然气汽车主要使用压缩天然气(CNG)，车载天然气以20MPa的高压存储在高强度储罐中，所存储的压缩天然气质量只有储罐本身质量的1／5～1／10，储气率不高．而且会给行车安全带来一定的隐患。液化天然气是一种低温液态燃料，在大气压下，液化天然气为-162℃,体积缩小到原来的1／625，相当于天然气被60MPa的压力压缩，从而增大了能量密度，提高了车载燃料系统的储气量，所携带的有效燃料将比压缩气罐高出2～3倍。（2）车用LNG的安全优势液化天然气不含氧，所以其易燃性低于柴油。在大气条件下，液化天然气一旦在系统中发生较小的泄漏，便能很快完全蒸发．并吹走正在泄露的低温燃料。从而杜绝了燃烧及爆炸的可能，保证了乘客及车辆的安全。避免了以往石油燃料在其运输、存储过程中出现的严重污染及巨大经济损失，因此发展液化天然气汽车具有极好的安全效益。（3）车用LNG经济优势液化天然气(LNG)相对于电、轻油、重油、人工煤气等，单位热值所付的购买价是最低的。使用液化天然气还可以实现天然气储备基础设施的紧凑化、经济化，并摆脱地质限制，建立大型地面天然气存储库．从而实现液化天然气汽车能够从两个较远加气站的流动加注车上获取燃料，同时减小了燃料系统的尺寸及质量，增大了车辆有效载荷及一次加气后的续驶里程。加气次数的减少还节省了汽车往返加气站的时间．从而降低了汽车的运营成本，提高了车主的盈利率。（3）、LNG汽车与燃油汽车排放环保优势根据LNG汽车与燃油汽车相比，CO2（二氧化碳）下降20%左右，NOX（氮氧化合物）下降30%左右，CO（一氧化碳）下降90%左右，HC（碳氢化合物）降低70%左