LNG载货汽车供气系统特性改善

根据不同的续驶里程，不同的LNG载货汽车所配气瓶数量、气瓶规格大小也不相同，有单后置式气瓶、单侧置式气瓶、双后置式气瓶和双左右侧置式气瓶等多种形式。图1-1所示是LNG重型载货汽车的外形。

LNG载货汽车燃气系统由整车气瓶供气系统、发动机供气系统两大部分组成，两大供气系统共同实现LNG发动机燃烧所需的燃气供给、控制要求。LNG载货汽车燃气系统（单气瓶）如图1-2所示。

图1-1 LNG重型载货汽车外形

1.气瓶供气系统的主要功能

将LNG转化成气态天然气，需要整车压力控制系统、整车安全控制系统、气瓶减压装置、整车增压系统和整车瞬时超负荷压力补偿系统等装置。

天然气气瓶主要由一下部件构成：液化气储存及进出气部件［气瓶总成、加液部件、出液部件、变送器（液位显示表）及进、出液管路］、气瓶减压系统（放空阀、经济调压控制阀）、安全控制系统（一级安全阀、二级安全阀、压力表及管路）、液化气汽化系统（液化气、管路）和自增压系统（自增压阀调节、自增压回气阀、管路）。

2.发动机供气系统的主要功能

发动机供气系统的主要功能是恒定供气系统压力在一定范围；根据汽车不同行驶条件，适时开启电子节气门，控制最佳空燃比，以满足汽车行驶速度、负荷要求；同时，采集不同负荷情况下发动机进气系统，增压器系统，排气系统，中冷器进出气温度，环境工作温度、湿度等数据，以优化天然气供气量，始终保证发动机在最佳状况下工作。

天然气发动机主要有以下部件组成：燃料供给系统（低压电磁阀部件、电控调压器部件（EPR控制阀）、混合器部件和电子节气门）、点火系统（高压点火线圈电子火花塞）、增压压力控制系统（废气旁通控制阀、防喘振阀、空气调压器）、各种压力和温度传感器和电子控制模块（ECM）。

3.发动机天然气燃料的流程

经液化后的气态天然气从气瓶供气系统流出后，进入减压器(EPR)，在减压器内将压力调整至发动机供气系统规定值后，经进气软管进入混合器，与来自空气滤清器过滤后的洁净空气混合后，经发动机进气管进入电子节气门，再进入发动机燃烧室进行燃烧，如图1—3所示。

图1-2 LNG载货汽车燃气系统

1—液态天然气管 2—气态天然气管 3—气瓶混合型天然气管 4—发动机出水管 5—发动机进水管

LNG汽车在起动之前，先打开气瓶出液阀，气瓶里的液化气在气瓶内压力的作用下，经出液阀及其管路，将LNG送到汽化器汽化成气态天然气。发动机气瓶设置不同，压力也不同。气瓶的压力用经济阀来控制：当气瓶内压力高于经济阀（Er）设定的压力时，经济阀（Er）开启，气瓶顶部气相空间的饱和蒸气通过经济阀（Er）进入供气管路，此时出液单向阀（DCV）基本处于关闭状态；当瓶内压力逐渐降低至经济阀（Er）的设定压力时，经济阀（Er）关闭，又回到液体供应状态。(www.xing528.com)

图1-3 天然气发动机燃料的流程

4.LNG转化为气态天然气

LNG储存温度为-162℃，当其温度上升至约-113℃（对纯甲烷）或-82℃（对甲烷蒸气）时，气体密度小于环境空气密度，形成蒸气和空气的混合物。当温度相差悬殊的两种液体接触时，LNG会产生快速的相态转变，由液化气转变为气态天然气。

LNG的储存温度与其储存瓶内的压力有关：当瓶内的压力为0.65～1.35MPa时，液化气的温度为-130～-120℃；当瓶内的压力上升至1.75MPa时，液化气的温度会上升至-110℃左右。

由于LNG在汽化器里通过汽车散热器的热水来加热，并汽化成气态天然气，将LNG在低温基础上提高至汽化加热温度的过程中，LNG将转变为气态天然气，所以，汽化器的安装位置不能高于汽车散热器的顶部，否则会导致散热器的热水不能完全流经汽化器，造成汽化器结冰冻裂、液化气汽化不良现象。

正常情况下，气瓶的最小工作压力不能低于发动机供气系统要求的工作压力。中、轻型载货汽车发动机的工作压力范围为0.65～1.35MPa，重型载货汽车的工作压力高于轻型载货汽车，要求为0.86～1.35MPa。若重型载货汽车气瓶的工作压力小于0.86MPa，会出现发动机供气不足，造成动力性下降，并且导致发动机三元催化器烧结等现象。

LNG是将天然气经脱硫、脱水、脱重烃和脱酸性气体等一系列技术加工处理，并采用深冷处理技术，将天然气冷却到-162℃，在常压下为业态的一种天然气。在净化处理、深冷生产过程中，非烃类成分及一些非甲烷烃类成分通常都要被去掉，这样经净化处理、深冷生产后的LNG燃料基本上都是纯度很高的烷烃，主要成分为CH₄（甲烷）和C₂ H₆（乙烷），其成分比CNG的成分更纯净，CH₄（甲烷）含量进一步提高，可以达到96%以上。

由于LNG脱除了硫和水分，其成分比CNG还要纯净，因而LNG汽车燃烧时产生的有害成分，比柴油载货汽车低很多，甚至比CNG汽车还要低。试验表明：与燃油汽车相比，LNG汽车尾气中CO（一氧化碳）减少97%，HC（碳氢化合物）+NO_x减少72%，CO₂（二氧化碳）减少90%，噪声减少40%，C₆H₆（苯）铅粉尘等减少100%。

5.LNG的燃烧

这样高纯净的燃料，不仅给LNG发动机提供了稳定可控制的空燃比，使发动机的工作性能得到了优化，而且发动机燃烧平衡，避免了发动机的爆燃，动力性更好。与柴油发动机、汽油发动机相比，LNG发动机的颗粒排放物几乎为零，不需要对发动机尾气进行深处理，就很容易达到国Ⅳ、国Ⅴ排放要求。

同时，避免了燃油发动机在燃烧过程中，产生的机油和炭粒等有害杂物，同时还避免了发动机供油系统的损坏或者堵塞的可能性。LNG燃料不产生积炭，无污染杂质，且减少了发动机零部件的腐蚀和磨损，提高了发动机的可靠性，大大延长了发动机的使用寿命。

LNG燃点高达650℃，比汽油燃点427℃高出了很多（柴油燃点为220℃），因此，LNG发动机如同汽油发动机一样，也采用电子点燃着火方式，将较低的电源电压变换成高直流电压，通过高压电子点火线圈、火花塞放出火花，点燃天然气与洁净空气的混合气。

与LNG发动机燃烧相关的零部件结构会有一定的变化，而发动机的主要结构与柴油发动机、汽油发动机基本相同。LNG发动机气缸体总成、气缸盖总成、曲柄连杆机构、配气机构、润滑系统、冷却系统和起动系统等机构与柴油发动机、汽油发动机完全相同，而燃料供给系统、点火系统则与柴油发动机、汽油发动机不同。