LNG燃氣溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

王崗，李鵬

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

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LNG燃氣溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

王崗，李鵬

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

摘 要：文章介紹了在LNG系統(tǒng)中增加燃氣溫度控制系統(tǒng)后使發(fā)動機燃氣進氣溫度控制在30℃～50℃范圍內(nèi)。解決了發(fā)動機在夏季環(huán)境溫度高，氣化后燃氣溫度高，不能滿足發(fā)動機使用要求，導致發(fā)動機限扭，引起爬坡無力、熄火等現(xiàn)象。同時燃氣溫度在30℃～50℃時，使發(fā)動機系統(tǒng)燃燒充分，燃燒效率高，克服現(xiàn)有技術(shù)冷起動、低工況時進氣溫度過低導致的HC、CO排放過高和高工況時進氣溫度過高導致的動力性差、NOx排放過高的缺陷，降低污染物排放量，提高動力性和經(jīng)濟性。

關(guān)鍵詞：LNG燃氣溫度控制系統(tǒng)；節(jié)溫器； 汽化器

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.03.016

CLC NO.: U464.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)03-49-02

前言

液化天然氣車輛在夏季天氣炎熱時整車動力差，重載爬坡時易熄火。熄火后等待燃氣溫度降低后才能再次起動的現(xiàn)象。經(jīng)分析夏季環(huán)境溫度高，氣化后燃氣溫度高，不能滿足發(fā)動機使用要求，導致發(fā)動機限扭，引起爬坡無力、熄火等現(xiàn)象。

現(xiàn)車用LNG供給系統(tǒng)多采用水浴式的氣化形式，水浴式氣化器水源直接來自于車輛發(fā)動機冷卻系統(tǒng)冷卻水，受制于發(fā)動機水泵性能、冷卻系統(tǒng)布置等因素影響，進入氣化器的冷卻液流量及溫度往往不能控制，造成氣化后燃氣溫度、流量等不能滿足發(fā)動機使用要求，同時影響LNG車輛的動力性和經(jīng)濟性。

如果有一種裝置能夠自動控制氣化后燃氣溫度、流量參數(shù)等，并能使汽化器發(fā)揮最大效能，達到發(fā)動機最佳使用要求，那么就可提高發(fā)動機燃氣利用率及經(jīng)濟性，帶來更大的經(jīng)濟效益。

1、系統(tǒng)原理

液化天然氣發(fā)動機燃氣進氣溫度合理范圍為30℃～50℃，在此范圍內(nèi)天然氣密度及溫度使發(fā)動機充分燃燒，發(fā)揮最大效能。若LNG系統(tǒng)氣化后的燃氣溫度高于 50℃，影響發(fā)動機燃燒效率造成。若LNG系統(tǒng)氣化后的燃氣溫度低于30℃或更小，燃氣密度過高，增加氣耗輛。更有甚者燃氣溫度低于0℃，則會損壞燃氣噴嘴等供氣系統(tǒng)部件。

針對上述問題，在車用LNG系統(tǒng)供氣管路中汽化器及熱交換器后各并接一個節(jié)溫器暨燃氣溫度控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)原理（原理見圖1）如下：① 在氣化器出水口端與節(jié)溫器水路串聯(lián)，同時節(jié)溫器氣路與氣化器出氣端串聯(lián)，若燃氣溫度小于30℃時，發(fā)動機流量不小于 30L/Min，燃氣溫度上升發(fā)動機冷卻水流量開始下降， 50℃時完全流量不大于2.3L/Min。② 在發(fā)動機熱交換器出水口增端與節(jié)溫器水路串聯(lián)，熱交換器氣路與節(jié)溫器氣路串聯(lián)。當燃氣進氣溫度小于30℃時，冷卻水流量不小于30L/Min，燃氣溫度上升，水流量下降，當燃氣溫度大于40℃時水流量完全關(guān)閉。通過氣化器及熱交換器出水口端增加節(jié)溫器來控制進出水流量大小，達到控制燃氣溫度在30℃～50℃，使其滿足發(fā)動機最佳使用要求。

圖1

2、試驗驗證

2.1 試驗要求

環(huán)境溫度30℃時，在發(fā)動機的最大扭矩點及最大功率點時，燃氣系統(tǒng)有無燃氣溫度控制系統(tǒng)，燃氣溫度是否降低至最佳范圍，并滿足發(fā)動機使用要求。

2.2 無燃氣溫度控制系統(tǒng)

LNG系統(tǒng)無燃氣溫度控制系統(tǒng)時，發(fā)動機在正常運行情況下，讓其達到最大扭矩點和最大功率點并保持20分鐘，記錄該時間段內(nèi)進發(fā)動機的燃氣溫度和進氣壓力，記錄時間間隔為每一分鐘記錄一次。數(shù)據(jù)見圖 2和圖 3。

圖2

圖3

2.3 有節(jié)溫器

LNG系統(tǒng)有燃氣溫度控制系統(tǒng)時，發(fā)動機在正常運行情況下，讓其達到最大扭矩點和最大功率點并保持20分鐘，記錄該時間段內(nèi)進發(fā)動機的燃氣溫度和進氣壓力，記錄時間間隔為每一分鐘記錄一次。數(shù)據(jù)見圖 4和圖 5。

圖4

圖5

2.4 試驗結(jié)論

通過試驗數(shù)據(jù)對比，得出如下結(jié)論：① LNG系統(tǒng)增加燃氣溫度控制系統(tǒng)后，發(fā)動機進氣口溫度低于50℃大于30℃，比無節(jié)溫器時降低25℃以上。② LNG系統(tǒng)有無燃氣溫度控制系統(tǒng)，汽化器的氣化量無明顯變化。燃氣溫度控制系統(tǒng)可將燃氣溫度控制在30℃～50℃范圍內(nèi)，同時不影響汽化器氣化量，保證發(fā)動機燃氣進氣溫度在一個合理的范圍內(nèi)。

3、結(jié)論

LNG車輛作為一種以LNG為燃料的車輛，由于其大規(guī)模使用時間較短，其在實際使用中問題較多，影響了其市場推廣范圍。車用LNG系統(tǒng)在增加燃氣溫度控制系統(tǒng)后，可有效降低發(fā)動機燃氣進氣溫度，解決發(fā)動機在夏季環(huán)境溫度高，車輛重載爬坡時，發(fā)動機無力，熄火等故障。同時車輛在平時運行中，增加燃氣溫度控制系統(tǒng)后，燃氣溫度在30℃～50℃時，發(fā)動機系統(tǒng)燃燒充分，燃燒效率高，克服現(xiàn)有技術(shù)冷起動、低工況時進氣溫度過低導致的HC、CO排放過高和高工況時進氣溫度過高導致的動力性差、NOx排放過高的缺陷，降低污染物排放量，提高動力性和經(jīng)濟性。

參考文獻

[1] 余建組,換熱器原理與設(shè)計.北京:北京航空航天大學出版社,2006.

[2] 錢頌文,換熱器設(shè)計手冊.北京:化學工業(yè)出版社礦,2002.

[3] 王宇.BL20液化天然氣(LNG)發(fā)動機的開發(fā).吉林:吉林大學,2011.

Design of a Gas-Temperature-Control Device of LNG System

Wang Gang, Li Peng
（Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd, Shaanxi Xi’an 710200）

Abstract:This paper provides a Gas-Temperature-Control device of LNG system to keep the gas temperature of engine inlet ranging between 30℃ and 50℃.This device solves the problem that the gas temperature of engine inlet is too high to meet the requirements of the engine in summer.It could avoid torque limiting of engine caused by high gas temperature that results in climbing slope，accident flameout and so on, and what’s more, the engine could have a sufficient combustion when the gas temperature is between 30℃ and 50℃.This device not only solves the problems of high emissions of HC and CO during the low gas temperature, but also avoids the poor motivation and high emissions of NOx during the high gas temperature.Therefore, it is wonderful that this device reduces the pollutant emissions, improves the dynamic performance and fuel economy of the vehicle.

Keywords:a Gas-Temperature-Control device of LNG system; thermostat; vaporizer

作者簡介：王崗，就職于陜西重型汽車有限公司。

中圖分類號：U464.9

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)03-49-02