????二、液化天然氣汽車的結(jié)構(gòu)

? ??液化天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)與壓縮天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的工作情況基本上是相同的，區(qū)別主要在于燃料儲(chǔ)存的狀態(tài)及儲(chǔ)存容器的不同，LNG在低壓低溫絕熱狀態(tài)下儲(chǔ)存。另外，液化天然氣蒸發(fā)變成氣體時(shí)，吸收的熱量較多，應(yīng)采用可靠的蒸發(fā)氣化系統(tǒng)。

液化天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供給系統(tǒng)包括：LNG氣瓶、閥門組件、調(diào)節(jié)器、管匯、壓力泄放裝置、蒸發(fā)器及電子控制系統(tǒng)等。

撒化大然氣(LNG)是天然氣在-162℃低溫下液化，體積減小后儲(chǔ)存于有絕熱夾層的1.6MPa壓力氣瓶中，使用時(shí)以蒸發(fā)器，蒸發(fā)汽化后與空氣混合進(jìn)入燃燒室中。CNG的主要缺點(diǎn)是高壓氣瓶較重，限制汽車攜帶較多體積的燃料，行駛里程不如裝LNG的系統(tǒng)長(zhǎng)，若行駛同樣里程，氣瓶裝氣的質(zhì)量約差3倍左右，故使用CNG系統(tǒng)，需要較多、耗能較大的高壓充氣站。LNG使用的優(yōu)點(diǎn)是氣瓶體積小、質(zhì)量輕、可能攜帶的燃料多、行駛里程長(zhǎng)。缺點(diǎn)是制氣加工與儲(chǔ)存技術(shù)復(fù)雜，包括絕熱、蒸發(fā)、儲(chǔ)存及使用多方面，成本較高。由于液化天然氣的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，目前美國(guó)、日本等國(guó)都很重視對(duì)液化天然氣的使用與研究，實(shí)際投入使用的液化天然氣汽車也逐漸增多。LNG燃料供給系統(tǒng)的布置如圖8—1所示。液化天然氣氣瓶的特點(diǎn)是：氣瓶壓力不高，一般略高于1.0MPa，但要求具有低溫隔熱絕緣的性能，這是由于天然氣氣體中主要成分是甲烷氣體，在-162℃的低溫下才被液化，因此，儲(chǔ)存于氣瓶?jī)?nèi)液化天然氣的溫度在-125～-162℃的范圍內(nèi)。為了防止液化氣的過(guò)早汽化，要求氣瓶具有絕熱性能，瓶?jī)?nèi)設(shè)有絕緣材料制成的夾層，絕緣材料要求具有低的導(dǎo)熱系數(shù)與低的密度，夾層的厚度為100～200mm，氣瓶的內(nèi)層是由不銹鋼制成的液體容器，夾層的外層由普通鋼板焊接成形。氣瓶外部直徑為0.5m、瓶長(zhǎng)約1m，大約可以儲(chǔ)存液化天然氣80～90L。氣瓶的夾層也可以做成60mm的真空空隙氣層，作為絕緣層使用。液化天然氣儲(chǔ)存在氣瓶的下部，約占有效容器的90%，瓶的上部約有10%的儲(chǔ)氣容積。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)瓶?jī)?nèi)的天然氣體液態(tài)與氣態(tài)兩種狀態(tài)并存，當(dāng)瓶?jī)?nèi)工作氣壓大于0.2MPa時(shí)，從瓶?jī)?nèi)流出的是上部的天然氣蒸氣，當(dāng)工作壓力小于0.2MPa時(shí)則由瓶的下部流出液態(tài)的天然氣。氣瓶上也設(shè)有幾種閥門，如液氣充灌閥、輸出閥、蒸氣輸出閥、最大充量液面指示器以及安全閥等。從氣瓶?jī)?nèi)流出的天然氣蒸氣都處于-125℃以下的低溫，要經(jīng)過(guò)加熱器8(圖8-1)，從冷卻系鼓風(fēng)流中取得熱量而汽化。以液態(tài)流出的天然氣則經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器由冷卻水或廢氣中得到熱量促使蒸發(fā)。兩者經(jīng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換閥10控制操縱后，流入濾清器13及兩級(jí)減壓器14，減壓后的液化天然氣通過(guò)低壓管路16送入氣體混合器18與空氣混合后供發(fā)動(dòng)機(jī)使用。液化天然氣經(jīng)加熱與蒸發(fā)以后得到的天然氣氣體的物理性質(zhì)與壓縮天然氣固有的性質(zhì)是一樣的，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)上的調(diào)節(jié)與使用也是相同的。

??? 該系統(tǒng)必須與發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、加氣站及用戶的工作要求匹配。美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)要求以LNG為燃料的重載汽車在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)配備顯示故障代碼及結(jié)果分析的裝置，操作者應(yīng)了解燃料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求及技術(shù)條件、操作和維護(hù)要求及燃料箱檢測(cè)方法等。

??? LNG氣瓶必須具有足夠的強(qiáng)度及保溫性能。以美國(guó)NKl200G型機(jī)車發(fā)動(dòng)機(jī)所配備的LNG氣瓶為例，它是由絕熱材料包裹的可裝運(yùn)低溫(-162℃)液化天然氣的不銹鋼罐體，絕熱材料為玻璃纖維和鋁箔交替分層，絕熱層外側(cè)為12.7mm高抗拉強(qiáng)度的碳素鋼壁，此鋼壁用以保護(hù)低溫罐體免遭撞損。同時(shí)，為了加強(qiáng)罐體絕熱特性，在兩層鋼體間抽成真空。燃料箱裝在機(jī)車司機(jī)室下方轉(zhuǎn)向架之間的一個(gè)堅(jiān)固的框架內(nèi)。即使機(jī)車脫軌，該框架可支持著車體質(zhì)量，以防止燃料箱被壓碎或遭其它損壞，框架在應(yīng)力試驗(yàn)中可承受1332.8kN的力和2g的加速度。

??? 閥門組件壓力泄放裝置可使LNG氣瓶?jī)?nèi)飽和蒸氣的壓力不超過(guò)最大壓力，即LNG氣瓶?jī)?nèi)氣體壓力的設(shè)定安全值(通常為1.6MPa左右)。雖然LNG氣瓶具有良好的絕熱性能，但由于液化天然氣與周圍大氣存在溫差，LNG燃料總要吸收一部分熱量，一部分LNG汽化，氣瓶?jī)?nèi)氣態(tài)天然氣必須泄放掉，以保證瓶?jī)?nèi)壓力不超過(guò)最大壓力。現(xiàn)在LNG氣瓶設(shè)計(jì)為低壓容器，以保持其儲(chǔ)存LNG時(shí)具有比CNG氣瓶更輕的質(zhì)量。由于LNG蒸發(fā)汽化中甲烷成分先行蒸發(fā)，導(dǎo)致汽化部分的甲烷含量比LNG液態(tài)中甲烷含量高，因此，在儲(chǔ)存過(guò)程中由于具有較高甲烷含量的氣態(tài)天然氣的逐步蒸發(fā)釋放，將導(dǎo)致LNG液態(tài)燃料中的甲烷含量的逐步降低及LNG質(zhì)量的降低。當(dāng)LNG燃料中甲烷含量降低后，以LNG為燃料的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)易產(chǎn)生爆震現(xiàn)象，使發(fā)動(dòng)機(jī)的性能受到影響，嚴(yán)重時(shí)易使發(fā)動(dòng)機(jī)損壞。

??? 因此，為了盡量避免由于LNG燃料蒸發(fā)泄放所帶來(lái)的不利影響，應(yīng)根據(jù)汽車的使用要求及LNG的蒸發(fā)損失速率選擇適當(dāng)大小的LNG氣瓶，并且LNG汽車的燃料應(yīng)迅速使用，以縮短LNG燃料的存儲(chǔ)時(shí)間。合適的LNG容器容積及LNG汽車的合理使用可確保LNG氣瓶?jī)?nèi)壓力不超過(guò)最大工作壓力，降低由于瓶?jī)?nèi)壓力超高和蒸發(fā)泄放帶來(lái)的損失和危險(xiǎn)。

??? 蒸發(fā)器是液化天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供給系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。多數(shù)蒸發(fā)器的加熱介質(zhì)采用冷卻系統(tǒng)的冷卻液，有的汽化器與排氣管聯(lián)接在一起，利用發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣來(lái)加熱液化天然氣，使之迅速汽化。

??? 美國(guó)NFPA57標(biāo)準(zhǔn)要求LNG汽車燃料系統(tǒng)的材料采用熔點(diǎn)在815.5℃以上、ASMEB31.3或API620標(biāo)準(zhǔn)附錄中所列的金屬材料。應(yīng)盡量少用材質(zhì)不同的金屬接頭。銅焊填料金屬熔點(diǎn)應(yīng)在537.8℃以上。LNG容器只允許采用符合ASME和DOTspet·4L標(biāo)準(zhǔn)的容器，容器所有與LNG或冷蒸氣接觸的部分必須與LNG在化學(xué)和物理性質(zhì)上相協(xié)調(diào)。所有管匯必須符合ASMEB31.3的要求。泵與壓縮機(jī)應(yīng)設(shè)有壓力釋放裝置，以限制出口壓力和機(jī)腔內(nèi)壓力，如裝有轉(zhuǎn)輸泵，應(yīng)設(shè)預(yù)冷過(guò)程。充氣閥應(yīng)有支撐物，防止灰塵、雜物和水進(jìn)入，并應(yīng)耐腐蝕。標(biāo)準(zhǔn)中還對(duì)車輛上容器的安裝位置做了限制，包括在車廂內(nèi)部或其它位置。此外還對(duì)管路、閥門、調(diào)壓器和儀表的完善做了要求。