LNG天燃气客车基础知识.docx

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LNG天燃气客车基础知识

LNG天燃气客车基础知识

一、LNG天燃气基础知识

1、什么是液化天然气（LNG）

液化天然气即为液态的天然气（LiquefiedNaturalGas），简称“LNG”。

是天然气经过低温冷凝等一系列处理，使天然气在超低温（-162°C）常压状态下液化，成为液化天然气。

2.LNG的物理性质

1）、天然气是无色无味的气体，比空气轻；

2）、LNG在环境大气压下具有极低的温度：

-162°C超低温；

3）、具有很大的气液体积比，大致为620：

1；

4）、天然气是易燃性气体（燃点650°C）和窒息性气体；

5）、在密闭空间可能产生爆炸（空气中可燃极限5～15％）；

3、在LNG工作区域的安全常识

1）、LNG设备应远离火焰或电火花。

2）、在LNG设备维修、充装、存储的地区严禁烟火；

3）、在操作LNG工作时，需戴护目镜、脸罩、绝热手套，裤脚不能装在靴子里，衣袖不能装在绝热手套内，靴子不能掌有铁钉以及其它有可能摩擦出火花的物件、工具。

4）、拆卸零件维修时需给LNG车用瓶排空、卸压；操作时工具不能产生火花。

5）、保护眼睛和暴露的皮肤；

6）、保持LNG设备所在地区通风良好；

7）、在维修或保养设备时确认系统已泄压；

8）、天然气是一种窒息剂，在空气中含高浓度的天然气时由于缺氧会产生恶心和头晕情况。

9）、在处理LNG失火时，使用干粉（最好是碳酸钙）灭火器。

在-160℃时，碳钢的抗断裂韧性是很低的，与LNG接触的材料选用含Ni的不锈钢或铜和铜合金。

10）、对于明显受到低温影响，体温过低的人，应迅速从寒冷地带移开并用热水洗浴使体温恢复，水温应在40℃至42℃之间，不应该用干热方法提升体温。

二、、天然气发动机与柴油发动机区别：

潍柴天然气发动机是在相应型号潍柴柴油机基础上改制，采用燃气电控系统。

1、取消了柴油机的燃油系统（高压油泵、喷油器、高压油管等件），增加了燃气供给系统（气瓶、滤清器、高压切断阀、减压器、燃气热交换器和节温器、喷射阀等件）。

2、采用点燃式燃烧方式（气缸盖上的喷油器安装孔改为火花塞安装孔），增加

了点火控制系统（点火ECU、点火线圈、高压线、火花塞）。

3、为了防止爆震，压缩比要比柴油机小，燃烧室形式（活塞）与柴油机不同。

4、增加了信号发生器，用于判缸和测量发动机转速。

5、增加了混合器和节气门，使燃气和空气在混合器中混合。

6、排气温度高，增压器采用水冷中间壳，进、排气门座采用耐磨、耐高温材料，采用带隔热材料的排气管。

7、采用单点喷射系统，闭环控制稀薄燃烧。

三、天然气发动机工作原理：

LNG从气瓶体通过管路进入汽化器加热汽化，经过稳压罐稳压后由燃气滤清

器滤清，之后通过电磁切断阀控制通断进入稳压器稳压，稳压后的燃气进入热交换器。

燃气经过热交换器加热后通过节温器进入FMV，由FMV控制喷射入混合器中与增压后的空气混合。

电子节气门控制混合气进入发动机气缸内燃烧做功。

第二节LNG液化天然气供气系统

LNG液化天然气客车供气系统由气瓶、汽化器、管路降压调压阀、发动机系统组成。

1、气瓶简介

气瓶是作为一种用以替代客车油箱盛装、贮存、供给燃料（液化天然气），并且可以多次重复充装的低温绝热压力容器。

其主要结构是双层容器。

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，多层材料在高真空条件下具有热导率低、隔热性能高、重量轻的特点。

外壳主要用来与内胆形成夹层空间（两层容器之间的空间）和把内胆支撑起来

的作用。

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。

气瓶

外壳和内胆之间设置支撑系统将内胆外壳合理固定。

支撑系统的设计能够承受

车辆在行驶时所产生的加速、减速，运行时的振动。

气瓶所有的外部管路、阀件都设置在气瓶的一端，并用保护环或保护罩进行防

护。

阀门系统的设置能够满足液化天然气的充装和供给。

内胆设置了两级安全阀（管路系统中）会在内胆超压时起到保护的作用。

在超

压情况下主安全阀（Svp）（开启压力为，250psi）首先打开，其作用泄放由于绝热层和支撑正常的漏热损失导致的压力上升、或真空遭破坏后以及在失火条件下的加速漏热导致的压力上升。

副安全阀（Svs）（开启压力为，420psi）的压力设定比主安全阀高，在主安全阀失效或发生堵塞时，副安全阀启动。

在夹层超压条件下，外壳的保护是通过一个环形的真空塞来实现的。

正常情况

下，真空塞被大气压压紧在真空塞座内，使大气与夹层空间隔绝，保证夹层的真空度。

由于低温液体或蒸汽受热后体积变化比较大，即使少量的低温液体或蒸汽泄漏进入夹层，也会导致夹层压力迅速升高。

当夹层压力超过（表压）左右，真空塞将会打开泄压。

设置了经济阀（Er），在使用过程中（长时间停驶除外）经济阀能够优先使用气

瓶内胆顶部由于自然蒸发被汽化而形成的天然气蒸汽，从而降低气瓶内部的压力，使得正在使用气瓶的压力不会升至安全阀的开启压力，因而不用放空。

还设置了过流阀（Ef），当外部管路发生破裂，管路流量大于设定值时，过流阀

自动关闭；当关闭过流阀前的液体使用阀后，过流阀自动回位。

通过过流阀自动关闭，从而可以有效避免次生危险的发生。

整套系统中的独到之处是设置了自增压系统。

自增压系统包括：

增压截止阀

（Pv）、升压调节阀（PBr）、自增压盘管（Pr）及相应的管路。

该系统能够保证且稳定地提供气瓶的正常供液压力和流量的要求，仅仅通过与空气进行热交换，而不需额外的能源。

稳定的压力是通过调节升压调节阀来控制的，当气瓶顶部的压力低于升压调节阀设定的压力（也就是系统需要的压力）时，液化天然气通过增压截止阀和升压调节阀后进入自增压盘管与空气进行热交换，液体变成蒸汽回到气瓶的顶部。

由于液化天然气的液气比较大，因此使得压力升高。

当压力等于升压调节阀的压力后，升压调节阀自动关闭，气瓶压力不再继续升高。

2、汽化器简介

汽化器主要是利用发动机循环冷却水把液化天然气进行加热汽化，使天然气达

到满足发动机使用温度、流量要求。

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。

液化天然气和冷却水的流动方向是并流。

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，与客车发动机的冷却水系统相连形成闭合

的回路。

外壳保证其间流动的冷却水不会外泄。

汽化器

3、管路降压调节阀

管路降压调节阀主要作用是将汽化器汽化后的天然气进行减压，使之满足发动机的使用压力要求，且保持压力稳定。

缓冲罐的作用是储备一定量的气体，以备不时之需。

当客车功率较大，启动时需要较多的天然气时，可以在管路降压调节阀后配备一只缓冲罐。

如果受到客车安装空间的限制，客车功率不大且供气管路的长度（其作用相当于缓冲罐）满足需要的情况下，可以不用配备此容器。

缓冲罐

系统中需要配备安全阀（用户自备），安全阀的开启压力要小于或等于系统中工作压力最小的设备。

电磁阀的作用是当发动机点火开关关闭或处于次要位置、以及发动机熄火点火开关仍处于开启状态时，阀门处于关闭状态能够阻止天然气流向发动机，防止天然气泄漏。

4、供气系统功用及主要部件

燃气供给系统的作用:

压力管理:

气罐压力?

混合器前极低压力

温度控制:

极低温度的燃气将冻结管路和部件，系统件有效加热并控制燃气温

在合理范围内。

传感器:

提供稀燃燃烧需要的燃气温度信息，精确控制喷嘴喷射量.

安全性:

燃气需要电磁阀控制燃气的开断。

1、气瓶

气瓶的工作压力为：

。

主安全阀放气压力,

副安全阀放气压力。

一般在初次充液后约7天后，

瓶内压力会升高到主安全阀放气压力。

车辆短期停车时不必关闭手动出液阀。

车辆停驶时，气瓶内的饱和压力时，

关闭自增压阀，可有效防止气相天然气的

放散。

2、燃油滤清器

最大工作压力：

35bar流量：

85m3/h@100psig

工作温度：

-40℃～107℃压降：

μm～μm过滤效率≥95%。

放水口朝下

注意箭头所指的气流方向每3000km放一次水

3、电磁阀

4、稳压器

最大进口压力：

28bar、出气压力范围、7～14bar、工作温度：

-40℃～75℃

注意箭头所指的气流方向，压力表安装在出气端，怠速时调整NGP为。

5、热交换器

热交换器的作用：

天然气从液态变为

气态导致燃气温度大幅降低，通过发动

机的冷却液给天然气进一步加热，可防

止进入燃料计量阀前的燃气结晶，以免

影响燃料计量阀性能。

结构：

换热器采用叉流结构以避免因燃

气过冷和冷却液过热时导致的热冲击。

性能：

在冷却水温高于0度的发动机所

有工况，热交换器能保证燃气始终高于

-40℃。

冷却水温高于82C时燃气温度

高于0度。

6、节温器

作用：

保持出口燃气在0-40℃左右，

当燃气出口温度>60℃时会导致燃气流量的减少。

性能：

燃气温度超过40℃，30秒钟内关闭

燃气温度低于10℃，30秒钟内开启

注意事项：

节温器的开启与关闭受燃气温度控制，冷却液的

进口与出口不能接反，进口处有“IN”标记，出口

处有“OUT”标记。

7、混合器

工作原理及作用：

将天然气和中冷后的空

气充分混合，使燃烧更充分、柔和。

有

效降低排气温度。

结构：

采用喉管和十字叉结构，天然气从

小孔中进入混合器。

8、电子节气门

电子节气门集成有执行器，位置传感器，节气阀门等。

接收PWM信号由ECU控制其开度大小，节气阀门开度大小控制混合气进气量，从而改变发动机的输出功率。

电子节气门根据ECU指令，有三种工作状态：

1、当发动机速度低于怠速目标值时，ECU进行怠速控制，即控制节气门开度位置，保持发动机速度在怠速目标值附近。

2、当发动机速度超过最大额定转速时，ECU限制节气门开度位置，即速度越高节气门开度位置越小。

3、当发动机速度在怠速和最大额定转速之间时，节气门开度位置直接由脚踏板控制，即节气门开度位置随脚踏板位置同步变化。

结构特点：

电子节气门内部包含节气门开度位置传感器，

ECU通过比较节气门位置传感器反馈信号

和节气门开度指令信号之间的差值来确定

电子节气门是否处于正常的工作状态。

一旦电子节气门发生故障，ECU将进入特定

的跛行回家模式，发动机转速和输出扭矩都

将受限制。

当发生其他某些故障时，ECU也

进入跛行回家模式。

9、发动机空气供给系统增压压力示意图

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