气体点燃式发动机LNG燃料供给系统研究

赵欢欢，陈 亮，董红莉

（芜湖佳景科技有限公司，安徽 芜湖 241080）

气体点燃式发动机LNG燃料供给系统研究

赵欢欢，陈 亮，董红莉

（芜湖佳景科技有限公司，安徽 芜湖 241080）

通过介绍LNG理化特性，探讨LNG气瓶结构、LNG发动机供给系统原理，论述并完善了LNG技术在重卡汽车上的实践与应用。液化天然气在常温常压下，不能通过加压将其液化，而是经过预处理，脱除重烃、硫化物、二氧化碳和水等杂质后，深冷到-162℃，实现天然气的液化。

LNG；重卡；发动机；供给系统

1 LNG的基本特性

近年来，天然气作为一种清洁高效的低碳能源受到国际的普遍关注。在一次能源消费结构中所占比重日益升高，发展LNG汽车技术是未来低碳经济、绿色环保领域重要战略发展方向，同时也顺应了现代物流发展趋势，为广大消费者所青睐。

（1）天然气的优点。与传统汽车相比，天然气具有以下优点：①经济性好，使用成本低廉。天然气属于气态燃料，与空气混合较优，在缸内燃烧较稀薄，经济性较好。且天然气价格远低于汽油价格，使用成本较低廉，对天然气商业化推广有利。②排放性能好，污染低。天然气汽车尾气中的CO降至汽油机的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、铅等致癌物质和粉尘污染。③安全性较好。天然气密度低于空气，在泄露过程中不易集中，且着火点温度高，所以车用天然气具有良好的安全性。

（2）液化天然气（LNG)的定义。在常温常压下，不能通过加压将其液化，而是经过预处理，脱除重烃、硫化物、二氧化碳和水等杂质后，深冷到-162℃，实现液化的天然气。

（3）液化天然气的基本性质。在常压下，LNG的密度约为430～470kg/m3（因组分不同而略有差异），燃点约为650℃，热值为52MMBtu（MJ），在空气中的爆炸极限（体积）为5%～15%。物理性质：无色、无味、液态透明的液体。

2 LNG气瓶结构

（1）LNG气瓶。车用LNG瓶是作为一种低温绝热压力容器，设计有双层（真空）结构。内胆能够承受一定的压力用来贮存和供给低温液态的液化天然气。在内胆外壁缠绕由玻璃纤维纸和光洁的铝箔组成的多层绝热材料。气瓶夹层空间被抽成高真空与多层绝热材料共同形成良好的绝热系统，用以延长液化天然气的贮存时间。阀门系统的设置能够满足液化天然气的充装和供给。外壳在内部超压条件下的保护是通过一个环形的抽空塞来实现的。

（2）LNG气瓶的主要供气回路。①加液回路：加液管路由低温加液口、加液单向阀以及连接的管道组成。加气站用加气枪把低温加液口顶开，液化天然气被加气站装备的低温泵泵入加气管道，由于泵的压力加液单向阀被打开，此时整条加液管路处于开启状态。当气瓶内部快加满的瞬间，由于液体的不可压缩性，瓶内的压力会迅速升高，达到加气机设定的停机压力时，加气机停止加气，加气的过程完成。②出液回路：出液管路由出液单向阀（集成于分配头内部）、出液截止阀、过流阀以及连接的管道组成。在没有使用的情况下，出液截止阀应当处于关闭状态。当过流阀的进口的压力与出口的压力差值大于设计的值时，过流阀会迅速关闭停止对外供液。关闭出液截止阀，过流阀很快又回到开启状态。③安全系统：安全系统主要由主安全阀、副安全阀、气瓶压力表、液位计、手动放空口以及连接的管道组成。

3 LNG发动机供给系统

汽化器是一种水浴蛇管式换热器。利用发动机冷却水作为加热介质对液化天然气进行加热。内部是盘管作为换热器的管程，低温的液化天然气经过后被汽化成适合的温度供给发动机。外部是一根套管作为换热器的壳程，与汽车发动机的冷却水系统相连形成闭合的回路。

（1）缓冲罐。缓冲罐能减少发动机工况急剧变化导致供气管路压力波动，可以提高发动机供气压力的稳定性。

（2）燃气低压滤清器。用于过滤汽化后的天然气，防止天然气中的污染物导致喷嘴、混合器等燃气部件失效。其安装位置应方便维护、拆装。

（3）稳压器。由于LNG气瓶最高压力可达2.41MPa，而对于ECI控制系统电控调压器工作压力范围为0.8～1.38 MPa，因此需要采用稳压器以保证进入发动机的天然气压力稳定在设定值之下，稳压器只能降低压力。

（4）低压燃料切断阀。低压燃料切断阀用于控制燃气供给，保证发动机点火前供给气路断开。

（5）电控调压器（ECI系统用）。电控调压器通过接受来自ECM的控制指令，通过高速电磁阀控制天然气气量，从而实时有效控制空燃比。

（6）混合器。混合器通过可变文丘里管，根据进气流量供给满足一定体积比所需的燃料，将天然气和中冷后的空气充分混分，使燃烧更充分、柔和，有效降低NOx排放和排气温度。

4 结语

我国在LNG生产应用方面发展比较晚，但近年来我国在液化天然气技术装备上取得很多进展，目前LNG低温储液罐技术、产品均已成熟，国内各大发动机厂均有国产大马力LNG重卡发动机产品上市，天然气加气站点建设同步到位，天然气汽车设计开发也日益增多。本文结合LNG产品车型开发应用技术以及LNG国家标准，对燃料供给系统与LNG发动机匹配，满足了现阶段重卡LNG发动机的使用要求。

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

赵欢欢(1988-)，女，工程师，主要研究方向：汽车发动机进气系统、供油系统、供气系统的设计与研发。