淺析LNG/柴油雙燃料汽車(chē)的改裝技術(shù)

朱文華

摘 ?要：文章在闡述天然氣為汽車(chē)代用燃料優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)LNG/柴油雙燃料汽車(chē)改裝技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)解析，最后指出開(kāi)發(fā)天然氣汽車(chē)是汽車(chē)發(fā)展的新方向，也是解決能源緊缺和環(huán)境污染的有效方法。

關(guān)鍵詞：LNG;雙燃料汽車(chē);改裝技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：U464.173 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1006-8937（2015）06-0009-01

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國(guó)汽車(chē)保有量飛速增加，伴隨而來(lái)的是能源緊缺和環(huán)境污染問(wèn)題，代用燃料應(yīng)用研究已經(jīng)成為汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方向。作為汽車(chē)代用燃料，天然氣具有儲(chǔ)量豐富、高辛烷值、污染小、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，是解決能源緊缺和環(huán)境污染問(wèn)題的有效方法。LNG/柴油雙燃料汽車(chē)以其行駛里程長(zhǎng)、改裝容易操作、油耗小、排放低等優(yōu)點(diǎn)正受到人們的重視。

1 ?天然氣汽車(chē)的優(yōu)點(diǎn)

天然氣是甲烷、乙烷、丙烷和丁烷等烷烴的混合物，同時(shí)還含有如乙烯等少量的烯烴及極其微量的硫化氫和氮?dú)狻Ｌ烊粴馄?chē)可以以壓縮天然氣（CNG）和液化天然氣（LNG）作為代用燃料。天然氣作為汽車(chē)代用燃料已有數(shù)十年歷史。常壓下，天然氣沸點(diǎn)為-162 ℃，液化后的天然氣體積縮小為原來(lái)的1/600。液化天然氣的甲烷含量大于98%，性質(zhì)接近于甲烷。常溫下，壓力為20 MPa的壓縮天然氣密度為175 kg/m3，液化天然氣的密度為435 kg/m3。

相比于傳統(tǒng)燃料，天然氣含有很少的硫，不含芳香烴，其微粒排放明顯降低。另外，由于天然氣不含C-C鍵，其碳煙排放也非常低。自從1930年首次應(yīng)用在汽車(chē)上，天然氣已經(jīng)被作為轎車(chē)、輕型卡車(chē)和城市公交車(chē)等各種汽車(chē)的燃料。

2 ?LNG/柴油雙燃料汽車(chē)改裝技術(shù)

2.1 ?LNG/柴油雙燃料汽車(chē)的改裝

LNG/柴油雙燃料汽車(chē)改裝指在保持原發(fā)動(dòng)機(jī)不變的基礎(chǔ)上加裝LNG儲(chǔ)供氣裝置和LNG/柴油雙燃料控制系統(tǒng)，使車(chē)輛由以單一燃料柴油轉(zhuǎn)變?yōu)橐圆裼秃蚅NG混合燃料。與傳統(tǒng)柴油機(jī)汽車(chē)相比，LNG/柴油雙燃料汽車(chē)在結(jié)構(gòu)上的變動(dòng)主要在于增加LNG儲(chǔ)供氣系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)改裝過(guò)后的混合燃料汽車(chē)仍然采用原車(chē)的行駛系、轉(zhuǎn)向系、制動(dòng)系及電器系等。

2.2 ?LNG/柴油雙燃料汽車(chē)改裝程序

2.2.1 ?車(chē)載LNG儲(chǔ)供氣系統(tǒng)

車(chē)載LNG儲(chǔ)供系統(tǒng)中的減壓調(diào)節(jié)/混合器等元件安裝在車(chē)輛縱梁或發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙內(nèi)，對(duì)于不同車(chē)型安裝位置和儲(chǔ)氣瓶個(gè)數(shù)不同。LNG氣瓶有側(cè)置和橫向后置兩種安裝形式，側(cè)置式氣瓶安裝在車(chē)輛縱梁左/右側(cè);橫向后置式氣瓶安裝在駕駛室后部的車(chē)架上。氣瓶均采用鋼制固定帶安裝在氣瓶支架上，自增壓裝置、緩沖罐及氣化裝置通過(guò)緊固件與固定支架連接為一體，為了方便補(bǔ)液，安裝時(shí)需要使加液口的方向朝外。為了減少LNG自蒸發(fā)損失和低溫對(duì)管閥件材質(zhì)產(chǎn)生的影響，多氣瓶供給管路系統(tǒng)采用并聯(lián)方式連接共同使用一套氣化裝置與緩沖罐。發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中的冷卻水作為L(zhǎng)NG氣化的熱量，為了減短管線的路徑從而減少管路壓力損失與減少熱傳導(dǎo)，汽化器裝置的位置應(yīng)盡量靠近氣瓶。燃?xì)鈨?chǔ)供氣系統(tǒng)還包括連接液位儀，在氣瓶?jī)?nèi)的電容傳感器可將氣瓶?jī)?nèi)的LNG液位高度電信號(hào)傳送給信號(hào)盒，處理后傳遞到LNG車(chē)載顯示儀上。由于電信號(hào)不受介質(zhì)狀態(tài)和壓力的影響，能夠精確反映氣瓶?jī)?nèi)燃料存量，適應(yīng)汽車(chē)加速、爬坡、剎車(chē)、轉(zhuǎn)彎等運(yùn)行工況變化所帶來(lái)的瞬時(shí)影響。將LNG車(chē)載多參數(shù)顯示儀放置在駕駛室，方便駕駛員觀察氣瓶?jī)?nèi)壓力和液位等參數(shù)變化情況，便于及時(shí)泄壓和補(bǔ)充燃料。

2.2.2 ?控制系統(tǒng)的改裝

電控系統(tǒng)主要由電控單元（雙燃料ECU）、傳感器、油氣轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、電源轉(zhuǎn)換器等組成。在汽車(chē)工作過(guò)程中雙燃料ECU根據(jù)所監(jiān)測(cè)到的車(chē)輛行駛速度、油門(mén)踏板位置、發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速等參數(shù)，經(jīng)過(guò)ECU運(yùn)算后對(duì)執(zhí)行器輸出控制命令，分別控制進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的柴油、天然氣與空氣的量，使三者合理配比。改裝時(shí)保留原機(jī)控制系統(tǒng)，添加雙燃料ECU涉及的主要零部件，涉及傳感器部分僅是電路的連接，并未有實(shí)質(zhì)改動(dòng)，其中有些傳感信號(hào)從原機(jī)ECU獲得。雙燃料ECU是LNG/柴油雙燃料控制系統(tǒng)的核心部件，采集各傳感器數(shù)據(jù)，結(jié)合控制策略，控制燃料供給。ECU可以安裝在駕駛室內(nèi)儀表臺(tái)下，要求通風(fēng)散熱條件良好，ECU不能受重物碰撞。

為了把原車(chē)24 V電壓轉(zhuǎn)換為控制系統(tǒng)所需電壓，為雙燃料控制系統(tǒng)提供穩(wěn)定的供電，需要安裝電源轉(zhuǎn)換器。電源轉(zhuǎn)換器安裝在ECU附近，安裝位置應(yīng)做到防水防油，散熱良好。指示燈和接頭方向向下，接頭插拔容易。殼底與安裝處應(yīng)良好導(dǎo)通接地。為了方便駕駛員操控燃料模式切換的油氣切換開(kāi)關(guān)，選擇發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料狀態(tài)，無(wú)論發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)還是在待機(jī)狀態(tài)都能自由切換，保證發(fā)動(dòng)機(jī)平穩(wěn)過(guò)渡。油氣切換開(kāi)關(guān)應(yīng)該安裝在駕駛室儀表附近，便于駕駛員操作。為了把LNG組合閥出口的不穩(wěn)定壓力調(diào)整為噴嘴工作需要的壓力，需要安裝燃?xì)鉁p壓器，安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離高溫環(huán)境。燃?xì)鈬娮斓倪x用、安裝需要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)供氣方式進(jìn)行確定。

2.2.3 ?發(fā)動(dòng)機(jī)的改裝

LNG/柴油雙燃料汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)改裝較小，機(jī)械部分一般都不作改動(dòng)，僅需要對(duì)線束等進(jìn)行調(diào)整。雙燃料系統(tǒng)改裝完成后應(yīng)當(dāng)進(jìn)行燃?xì)庀到y(tǒng)氣密性檢查及控制系統(tǒng)調(diào)試，以保證雙燃料系統(tǒng)的安全性及可靠性。

3 ?結(jié) ?語(yǔ)

天然氣被認(rèn)為是目前世界上最清潔的石化燃料，其主要成分為CH4，H/C體積比接近3.8，在所有碳?xì)淙剂现凶罡摺１M管天然氣也是不可再生能源，但在全世界范圍內(nèi)，天然氣的儲(chǔ)存量要比石油儲(chǔ)量大的多。柴油機(jī)憑借優(yōu)良的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、降低的HC與CO排放等優(yōu)點(diǎn)，在各類(lèi)車(chē)輛上得到了廣泛的應(yīng)用。但PM顆粒與NOx較高，為了滿(mǎn)足苛刻的環(huán)保法規(guī)的要求，降低柴油機(jī)的PM顆粒和NOx排放已經(jīng)迫在眉睫。因此，開(kāi)展現(xiàn)有車(chē)輛改裝LNG為L(zhǎng)NG/柴油雙燃料機(jī)車(chē)，對(duì)節(jié)能減排具有重要的實(shí)踐意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] Kumar S，Kwon H，Choi K，et al.LNG：An eco-friendly cryogenic fuel for sustainable development[J].Applied Energy，2011，（12）.

[2] Ma Z，Huang Z，Li C，et al.Combustion and emission characteristics of a diesel engine fuelled with diesel--propane blends[J].Fuel，2008，（8）.

[3] Karavalakis G，Durbin T D，Villela M，et al.Air pollutant emissions of light-duty vehicles operating on various natural gas compositions[J]. Journal of Natural Gas Science and Engineering，2012.

[4] Ong H C，Mahlia T M I，Masjuki H H.A review on energy pattern and policy for transportation sector in Malaysia[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews，2012，（1）.

[5] 姚春德，劉增勇，高昌卿，等.柴油引燃預(yù)混天然氣準(zhǔn)均質(zhì)壓燃著火過(guò)程的研究[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)，2003，（1）.

[6] 李小華，蔡憶昔，羅福強(qiáng)，等.柴油機(jī)燃燒壓力波動(dòng)特性的試驗(yàn)研究[J].車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)，2004，（2）.

[7] 鄭金保，繆雪龍，王先勇，等.柴油機(jī)預(yù)混合燃燒循環(huán)變動(dòng)特性研究[J].內(nèi)燃機(jī)工程，2011，（1）.

[8] 李占成，羅福強(qiáng)，黃賢龍，等.增壓中冷柴油機(jī)循環(huán)波動(dòng)特性及影響因素分析[J].小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車(chē)，2007，（3）.