????二、液化天然氣汽車的結(jié)構(gòu)

? ??液化天然氣發(fā)動機與壓縮天然氣發(fā)動機的工作情況基本上是相同的，區(qū)別主要在于燃料儲存的狀態(tài)及儲存容器的不同，LNG在低壓低溫絕熱狀態(tài)下儲存。另外，液化天然氣蒸發(fā)變成氣體時，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)動機的燃料供給系統(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，體積減小后儲存于有絕熱夾層的1.6MPa壓力氣瓶中，使用時以蒸發(fā)器，蒸發(fā)汽化后與空氣混合進入燃燒室中。CNG的主要缺點是高壓氣瓶較重，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，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)點是氣瓶體積小、質(zhì)量輕、可能攜帶的燃料多、行駛里程長。缺點是制氣加工與儲存技術(shù)復雜，包括絕熱、蒸發(fā)、儲存及使用多方面，成本較高。由于液化天然氣的技術(shù)優(yōu)勢，目前美國、日本等國都很重視對液化天然氣的使用與研究，實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，儲存于氣瓶內(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早汽化，要求氣瓶具有絕熱性能，瓶內(nèi)設(shè)有絕緣材料制成的夾層，絕緣材料要求具有低的導熱系數(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、瓶長約1m，大約可以儲存液化天然氣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。液化天然氣儲存在氣瓶的下部，約占有效容器的90%，瓶的上部約有10%的儲氣容積。發(fā)動機運行時瓶內(nèi)的天然氣體液態(tài)與氣態(tài)兩種狀態(tài)并存，當瓶內(nèi)工作氣壓大于0.2MPa時，從瓶內(nèi)流出的是上部的天然氣蒸氣，當工作壓力小于0.2MPa時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。從氣瓶內(nèi)流出的天然氣蒸氣都處于-125℃以下的低溫，要經(jīng)過加熱器8(圖8-1)，從冷卻系鼓風流中取得熱量而汽化。以液態(tài)流出的天然氣則經(jīng)過蒸發(fā)器由冷卻水或廢氣中得到熱量促使蒸發(fā)。兩者經(jīng)自動轉(zhuǎn)換閥10控制操縱后，流入濾清器13及兩級減壓器14，減壓后的液化天然氣通過低壓管路16送入氣體混合器18與空氣混合后供發(fā)動機使用。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)動機上的調(diào)節(jié)與使用也是相同的。

??? 該系統(tǒng)必須與發(fā)動機、底盤、加氣站及用戶的工作要求匹配。美國汽車工程師協(xié)會要求以LNG為燃料的重載汽車在實際應(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、操作和維護要求及燃料箱檢測方法等。

??? LNG氣瓶必須具有足夠的強度及保溫性能。以美國NKl200G型機車發(fā)動機所配備的LNG氣瓶為例，它是由絕熱材料包裹的可裝運低溫(-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高抗拉強度的碳素鋼壁，此鋼壁用以保護低溫罐體免遭撞損。同時，為了加強罐體絕熱特性，在兩層鋼體間抽成真空。燃料箱裝在機車司機室下方轉(zhuǎn)向架之間的一個堅固的框架內(nèi)。即使機車脫軌，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氣瓶內(nèi)飽和蒸氣的壓力不超過最大壓力，即LNG氣瓶內(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，氣瓶內(nèi)氣態(tài)天然氣必須泄放掉，以保證瓶內(nèi)壓力不超過最大壓力?，F(xiàn)在LNG氣瓶設(shè)計為低壓容器，以保持其儲存LNG時具有比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，在儲存過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LNG燃料中甲烷含量降低后，以LNG為燃料的汽車發(fā)動機易產(chǎn)生爆震現(xiàn)象，使發(fā)動機的性能受到影響，嚴重時易使發(fā)動機損壞。

??? 因此，為了盡量避免由于LNG燃料蒸發(fā)泄放所帶來的不利影響，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燃料的存儲時間。合適的LNG容器容積及LNG汽車的合理使用可確保LNG氣瓶內(nèi)壓力不超過最大工作壓力，降低由于瓶內(nèi)壓力超高和蒸發(fā)泄放帶來的損失和危險。

??? 蒸發(fā)器是液化天然氣發(fā)動機燃料供給系統(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)動機的排氣來加熱液化天然氣，使之迅速汽化。

??? 美國NFPA57標準要求LNG汽車燃料系統(tǒng)的材料采用熔點在815.5℃以上、ASMEB31.3或API620標準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。銅焊填料金屬熔點應(yīng)在537.8℃以上。LNG容器只允許采用符合ASME和DOTspet·4L標準的容器，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。泵與壓縮機應(yīng)設(shè)有壓力釋放裝置，以限制出口壓力和機腔內(nèi)壓力，如裝有轉(zhuǎn)輸泵，應(yīng)設(shè)預(yù)冷過程。充氣閥應(yīng)有支撐物，防止灰塵、雜物和水進入，并應(yīng)耐腐蝕。標準中還對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。此外還對管路、閥門、調(diào)壓器和儀表的完善做了要求。