????二、液化天然氣汽車的結構

? ??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，儲存于氣瓶內液化天然氣的溫度在-125～-162℃的范圍內。為了防止液化氣的過早汽化，要求氣瓶具有絕熱性能，瓶內設有絕緣材料制成的夾層，絕緣材料要求具有低的導熱系數與低的密度，夾層的厚度為100～200mm，氣瓶的內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)動機運行時瓶內的天然氣體液態(tài)與氣態(tài)兩種狀態(tài)并存，當瓶內工作氣壓大于0.2MPa時，從瓶內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。從氣瓶內流出的天然氣蒸氣都處于-125℃以下的低溫，要經過加熱器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)。兩者經自動轉換閥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。液化天然氣經加熱與蒸發(fā)以后得到的天然氣氣體的物理性質與壓縮天然氣固有的性質是一樣的，因此在發(fā)動機上的調節(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用中應配備顯示故障代碼及結果分析的裝置，操作者應了解燃料系統(tǒng)結構要求及技術條件、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向架之間的一個堅固的框架內。即使機車脫軌，該框架可支持著車體質量，以防止燃料箱被壓碎或遭其它損壞，框架在應力試驗中可承受1332.8kN的力和2g的加速度。

??? 閥門組件壓力泄放裝置可使LNG氣瓶內飽和蒸氣的壓力不超過最大壓力，即LNG氣瓶內氣體壓力的設定安全值(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，氣瓶內氣態(tài)天然氣必須泄放掉，以保證瓶內壓力不超過最大壓力?，F在LNG氣瓶設計為低壓容器，以保持其儲存LNG時具有比CNG氣瓶更輕的質量。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)動機易產生爆震現象，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，應根據汽車的使用要求及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氣瓶內壓力不超過最大工作壓力，降低由于瓶內壓力超高和蒸發(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)的關鍵部件之一。多數蒸發(fā)器的加熱介質采用冷卻系統(tǒng)的冷卻液，有的汽化器與排氣管聯接在一起，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。應盡量少用材質不同的金屬接頭。銅焊填料金屬熔點應在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在化學和物理性質上相協(xié)調。所有管匯必須符合ASMEB31.3的要求。泵與壓縮機應設有壓力釋放裝置，以限制出口壓力和機腔內壓力，如裝有轉輸泵，應設預冷過程。充氣閥應有支撐物，防止灰塵、雜物和水進入，并應耐腐蝕。標準中還對車輛上容器的安裝位置做了限制，包括在車廂內部或其它位置。此外還對管路、閥門、調壓器和儀表的完善做了要求。