柴油LNG双燃料汽车原理与使用讲座.ppt

柴油/LNG双燃料汽车原理与使用讲座,江汉油田运输公司周迎二一二年九月,一、LNG基础知识,1、LNG基本概念LNG就是液化天然气，是LiquefiedNaturalGas的简称，天然气是在气田中自然开采出来的可燃气体，在常温常压下呈气体状态，主要成分是甲烷，具有无色、无味、无毒、无腐蚀性等特点。其生产过程是先将气田生产的天然气净化处理，再经超低温（-162）加压液化就形成液化天然气。,2、LNG与CNG的区别二者都是组分相同的天然气，只不过是存在状态不同而已。CNG(CompressedNaturalGas),即压缩天然气，是天然气加压(超过3,600磅/平方英寸)并以气态储存在容器中。LNG是通过在常压下气态的天然气冷却至-162，使之凝结成液体。天然气液化后可以大大节约储运空间和成本，而且具有热值大、性能高等特点。,3、LNG的优点1）LNG体积比同质量的天然气小600倍，LNG储存率高。2）LNG汽化潜热高，液化过程中的冷量可回收利用，改装后的车辆，其发动机水温明显降低。3）由于LNG汽化后密度很低，只有约空气的一半，稍有泄漏立即飞散开来，不致引起爆炸。4）由于LNG组分较纯，燃烧完全，燃烧后生成二氧化碳和水，所以它是很好的清洁燃料，有利于保护环境，减少城市污染。,二、LNG汽车,1、LNG汽车的基本概念。以LNG为燃料的汽车称为LNG汽车，一般分三种形式：一种是完全以LNG为燃料的纯LNG汽车，一种为LNG与柴油混合使用的双燃料LNG汽车，一种为LNG与汽油替换使用的两用燃料汽车。这几种LNG汽车的燃气系统基本相同，都是将LNG储存在车用LNG储罐内，通过汽化装置汽化为0.5MPa左右的气体供给发动机。,2、LNG供气系统。LNG供气系统由气瓶、压力显示和液位计量系统、汽化调压总成、充装组件和气瓶支撑系统五部分组成。用于加注和储存LNG，并以气体形式提供天然气燃料给发动机。供气系统可以通过充装组件与LNG加液站进行连接。车用LNG气瓶采用双层金属真空加多层缠绕绝热技术，国内外都能生产，国外技术可保证LNG日蒸发率在2以内(7天之内不产生蒸发损失)。汽化器采用发动机冷却水作热源，由控制系统根据发动机工况调节其汽化量。工作原理见图1.,加气座,接增压出液软管,充液软管,经济调节器,手动出液阀,一级安全阀,二级安全阀,压力变送器,过流阀,回气软管,压力表,LNG供气系统气瓶阀箱,回气座,接增压回气软管,充液单向阀,放空（回气）阀,信号盒,增压出液阀,升压调节器,出液管接汽化器,气瓶具有双层设计结构，内胆用来储存LNG，在内胆外壁缠有多层绝热材料，具有隔热保温性能，同时夹套（内胆和外胆之间的空间）被抽成高真空，共同形成高真空多层绝热系统。外胆和内胆支撑结构的设计能够承受车辆在行驶过程中所产生的外部载荷。,LNG供气系统气瓶,LNG供气系统侧装吊架式,该种侧装式供气系统主要应用于重型卡车油罐车上，由气瓶、L型鞍座和吊架汽化调压总成组成。,气瓶,L型鞍座,卡车、油罐车汽化调压总成天然气在气瓶中以低温的液态和气态形式储存，在使用中能够以纯液态形式或气液混合形式从气瓶中被输出，由汽化器将其汽化成气体状态。汽化器安装在气瓶和发动机之间，并与发动机冷却系统相连，冷却液流经汽化器壳体并对汽化盘管进行加热。当液化天然气进入汽化器，来自发动机的高温冷却液体将其加热并气化，随后供给发动机。,该种测装式汽化调压总成主要应用于卡车和油罐车上，与L型鞍座配套使用。,图为整个气瓶柜的的主视图和侧视图，下面为加液口和回气座。双罐采用并联方式进液和供气把两个气瓶、加液座、回气座、压力表、缓冲罐和汽化器统一安装在整个柜式的固定架内。这样可以方便一些管线的连接，使汽化器缓冲罐，气瓶和加液座成为一个整体，方便进行车载安装。,LNG供气系统拖挂车柜组式,电容传感器根据气瓶内的LNG液位高度产生一个成线性比例的电信号，并传送给信号盒，对信号进行进一步整理，然后传递到LNG车载多参数显示仪上。电信号不受介质状态（液相或气相）和压力的影响，能够精确反映气瓶内燃料的多少。该系统能够适应于加速、刹车、爬坡、转弯等行驶条件变化所带来的瞬间影响。将LNG车载多参数显示仪放置在驾驶室，驾驶员就能够很方便的观察气瓶内压力和液位状况，了解压力和液位的变化，便于及时泄压和补充LNG。,压力显示和液位计量系统,LNG车载多参数显示仪,LNG供气系统参数表,3、柴油/LNG双燃料汽车工作原理、特点。,工作原理：,混合器,喷嘴组,过滤器,电磁阀减压器,转速传感器,水温传感器,油门踏板,电源转换器,转换开关,ECU,混合器作用：让天然气和空气在混合器内混合。安装位置：安装在发动机进气歧管上，位于中冷器出口与进气歧管之间。喷嘴组作用：ECU通过控制该执行器件的开启时间，以控制进入发动机的燃气量。原理：燃气喷嘴安装在气轨上，由ECU通过专门驱动电路来控制，燃气喷嘴控制端通过ECU控制燃气喷嘴的开启。ECU控制燃气喷嘴开启时间的长短，称为“喷气脉宽”。喷气脉宽以各种输入信号为参数，由ECU进行计算。燃气喷嘴与减压器燃气出口处相连，燃气从喷嘴喷入进气歧管进入燃烧室。安装位置：位于燃气减压器之后。天然气过滤器作用：主要是滤除天然气中的杂质，防止堵塞燃气喷嘴，对ECU控制的燃气量无法精确实施。影响发动机正常运行。安装位置：减压器与喷嘴之间，维修方便注意安装方向，保持不能有重物挤压，防止损坏漏气。,减压器作用：主要是降低稳定气瓶输出燃气的压力，达到喷嘴所使用的工作压力，使ECU控制的燃气量控制精确。安装位置：尽可能的远离排气管，距离不得少于300mm。安装螺丝不得有松动等现象。转速传感器作用：ECU采集发动机转速的主要传感器，是判断发动机状态的信息来源。安装位置：采用原发动机转速（曲轴）传感器的信号。水温传感器作用：ECU采集发动机工作环境的主要传感器。该传感器将水温温度的变化转为电阻值的变化，并以电压的形式提供给ECU。安装位置：该水温传感器安装在发动机小循环出水道上面，时刻监测发动机的温度变化，距小循环出水道口不能大于200mm距离。油门踏板传感器作用：ECU采集司机对发动机的操作要求的主要传感器，是判断发动机状态需求的信息来源。安装位置：采集原车油门踏板的信号线，该信号线的查找请仔细阅读整车电气接口说明单元，安装牢靠。,电源转换器作用：把原车24V电源转换为12V电源，该转换器为双燃料系统提供稳定的12V供电电压。安装位置：电源转换器安装在ECU附近，安装处应防水，防油，并且散热良好。指示灯和接头朝下，接头插拔容易。壳底应与安装处良好导通接地。转换开关作用：方便司机对燃料模式转换的操控，选择发动机的燃料状态，即纯柴油模式还是双燃料模式。无论发动机在运行模式或者是在待机模式都能自由切换，保证发动机平稳过渡。安装位置：司机驾驶室仪表附近，方便直接操作。ECU作用：是柴油/天然气双燃料控制系统的核心部件，是微电脑控制器。实现对各个传感器数据的精确采集，与先进的控制策略结合，准确的控制柴油、天然气燃料供给。同时具备发动机异常保护功能，保证发动机的良好运行。安装位置：ECU可安装在驾驶室内仪表台下面，要求通风散热条件良好，控制单元不能受重物碰撞。,特点：柴油/天然气双燃料改装是指在原柴油机的基础上原车基础上加装LNG储供气系统、在不改动原车发动机的条件下加装柴油-天然气电控混燃动力系统。从而使车辆由以柴油为燃料转变为以柴油和天然气混合燃料的改装过程和结果。柴油/天然气双燃料发动机技术采用电控单点喷射式，即在进气总管上安装电控混合器,并采集原柴油发动机转速、冷却水温度、油门踏板等信号作为燃料供给量的判据。电子控制单元根据采集的状态参数，确定柴油的喷射量和天然气的喷射量，喷入气缸内的少量柴油在压缩冲程中被压燃，进而引燃喷入气缸内的天然气，从而达到了燃料替代的目的。,柴油/天然气双燃料车辆在双燃料模式时使用的燃料是柴油和天然气，在天然气不足时，可以恢复到柴油模式进行行驶。软件控制策略中的油量和气量控制都来自于原柴油机喷油量，主要是利用了原柴油机的电控系统控制策略。因此，改装车型的发动机必须是电控高压共轨发动机。,双燃料发动机的燃烧特性与柴油机的燃烧特性不同，柴油机运行时，柴油经高压油泵喷入气缸，其燃料过程是混合控制的，而双燃料发动机在进气过程中天然气随新鲜空气吸入缸内，使压缩冲程形成均质天然气-空气高压混合气。在上止点前，一定量的柴油喷入缸内的天然气-空气混合气中着火自燃，而后引燃天然气-空气混合气，其燃烧过程是由混合控制和火焰传播控制共同作用的，以哪一方面控制为主取决于天然气与柴油的比例。对于用途广泛的柴油汽车，采用双燃料技术是收效最快、费用最低的方法。,相比单燃料发动机，柴油/天然气双燃料发动机具有热效率高、功率损失小、综合了烧油动力性好和烧气经济型好的优点。当车辆爬坡等需要发动机输出较大动力时，ECU会自动提高柴油的供油比例，平路行驶则以30%的柴油和70%的天然气的比例提供燃料，下坡则以燃烧天然气为主。加装的ECU具有自学习、自诊断等功能，且不影响原柴油机喷射模式，改装方便，操作简单，过渡平稳，且双燃料模式下，保证发动机原功率、扭矩满足原车动力性。天然气替代率可达到65%以上，可节约燃料费用20%以上。,三、LNG汽车的优势,（1）车用LNG的存储优势天然气汽车主要使用压缩天然气(CNG)，车载天然气以20MPa的高压存储在高强度储罐中，所存储的压缩天然气质量只有储罐本身质量的15110，储气率不高而且会给行车安全带来一定的隐患。液化天然气是一种低温液态燃料，在大气压下，液化天然气为-162,体积缩小到原来的1625，相当于天然气被60MPa的压力压缩，从而增大了能量密度，提高了车载燃料系统的储气量，所携带的有效燃料将比压缩气罐高出23倍。,（2）车用LNG的安全优势液化天然气不含氧，所以其易燃性低于柴油。在大气条件下，液化天然气一旦在系统中发生较小的泄漏，便能很快完全蒸发并吹走正在泄露的低温燃料。从而杜绝了燃烧及爆炸的可能，保证了乘客及车辆的安全。避免了以往石油燃料在其运输、存储过程中出现的严重污染及巨大经济损失，因此发展液化天然气汽车具有极好的安全效益。,（3）车用LNG经济优势液化天然气(LNG)相对于电、轻油、重油、人工煤气等，单位热值所付的购买价是最低的。使用液化天然气还可以实现天然气储备基础设施的紧凑化、经济化，并摆脱地质限制，建立大型地面天然气存储库从而实现液化天然气汽车能够从两个较远加气站的流动加注车上获取燃料，同时减小了燃料系统的尺寸及质量，增大了车辆有效载荷及一次加气后的续驶里程。加气次数的减少还节省了汽车往返加气站的时间从而降低了汽车的运营成本，提高了车主的盈利率。,（3）、LNG汽车与燃油汽车排放环保优势根据LNG汽车与燃油汽车相比，CO2（二氧化碳）下降20%左右，NOX（氮氧化合物）下降30%左右，CO（一氧化碳）下降90%左右，HC（碳氢化合物）降低70%左右，且LNG汽车尾气不含有铅尘、硫化物以及苯类等有害物质。另根据国外相关研究机构的试验,污染对照表,（4）、LNG汽车的优点（1）LNG汽车比LPG、CNG汽车更清洁，尾气污染物含量更低；（2）LNG属于低温常压储存，车用低温气瓶内部压力非常低，气态饱和后气压为0.5-1MPa,而LPG为0.8-1.8MPa，CNG为20MPa。（3）LNG的燃点比较高，LNG燃点高于650，而LPG为466，汽油为427，柴油为260。,（6）LNG气化后，气态天然气的密度比空气较低，泄漏后挥发较快，不容积积聚。（7）抗爆性好。天然气的辛烷值高达130，可增大发动机的压缩比，充分发挥其热值，增加动力性。（8）LNG成分稳定，燃气装置容易调试，发动机性能稳定。（9）LNG不含有硫化物、水分等腐蚀性物质，发动机和装置的寿命较长。（10）LNG能流密度较大，续驶里程是CNG汽车的3.5倍左右。,四、柴油/LNG双燃料汽车的安全使用规范,1、液化天然气潜在的危害,液化天然气在环境大气压下具有极低的温度：-162。具有很大的气液体积比，如果减压措施不当，将导致压力迅速升高。液化天然气的气液体积比大致为：620:1，少量的LNG能转化成大量的气态天然气。天然气是一种可以使人窒息的气体。天然气是一种易燃气体。天然气在低温液化状态下不易燃烧，但经过汽化器气化到达缓冲罐后可以点燃，导致缓冲罐爆炸，进而引燃气瓶内的LNG，导致气瓶爆炸。,2、安全使用规范燃料系统的定期维护与修理应在有资质的专业的维修厂（场）进行。维修作业或停车场地应有防火消防措施。LNG车辆停放区域应保持良好的通风，10米之内，禁止吸烟、打火和使用可能会产生火花的电子设备，场内应有防火消防措施。尽管LNG是无毒的，但是如果在一个限定的区域不通风，将会引起窒息。如果大气中不能够包含足够的供人呼吸的氧气，将会引起头昏、眼花、视线模糊不清，甚至死亡。天然气是无色、无臭、无味气体，不易被人察觉。应将燃料系统放置在一个通风的区域中。严禁私自拆装燃气装置的管路接头、阀门、仪表、减压装置。在车辆维护和故障排除过程中，如涉及燃气装置的管路接头、阀门、仪表、减压装置的拆装、调整等作业时，维修人员应首先断开蓄电池供电电路，将气瓶内的LNG放空至压力为零，关闭总气阀与瓶阀，方可拆卸故障部位。,在拆检管路和各种接头后，必须对管路进行吹管处理，防止燃气管路内进入沙尘。严禁私自对车辆动用电气焊。若要动用电气焊，应报公司安全科，确认气瓶已拆除且放置在据车辆10米以上距离，断开蓄电池供电电路时，方可动用电气焊禁止眼睛和皮肤直接接触LNG,不得直接触摸LNG气瓶到汽化器的LNG气管。眼睛或皮肤意外的接触到LNG，会造成与烧伤类似的冻伤。在任何有可能接触到冷液或冷气的情况下，都要注意保护眼睛和皮肤，防止受伤。禁止随意敲击、扭曲、挪动全车燃气管路。严禁敲击或碰撞气瓶、减压阀、管线、钢瓶及各种阀体。冲洗车辆时或使用过程中，严禁电源转换器、传感器、喷轨、ECU、线束、LNG车载多功能显示仪等电控系统部件接触水等潮湿液体。防止电路短路产生火花引燃天然气。安全阀长时间不能关闭，应立即报告。返场或长时间停车应关闭增压阀、出液阀。,3、应急处理应急处理人员的着装要求：戴上易于脱下的防护手套和长套袖，穿上无箍口长裤，裤管应盖住鞋子，衣服应为棉制，最好是没有口袋也没有卷起的部分，严禁穿戴可能引起静电的化纤衣物，脚部应穿没有铁钉的皮鞋。阀门冻住处理阀门冻住，不得用锤或其他物件敲击，应使用清洁无油的温水或热氮气解冻后，方可操作。,天然气泄漏处理发生气瓶意外泄露，应尽快小心地将气瓶内的液体排放出来,避免因液体泄漏导致气瓶压力增高，必要时用水冷却。划出10米以上警戒线，任何车辆包括消防车都不得开进警戒线。在条件许可的情况下，应尽快将损坏的气瓶移至无明火、易燃物以及无行人通过的场所进行应急处理。切忌身体皮肤部位直接接触LNG。,人身伤害处理发生人身伤害情况后现场人员应立即组织抢救，如是中毒将病人迅速救离现场，移至新鲜空气处，保持呼吸道通畅；如发生外伤或冻伤应进行简单的包扎并及时拨打急救电话“120”急救中心救援。保护现场，向公司汇报。,火灾处理发现火情后，应立即向公司领导汇报，拨打“119”火警电话报警。处于火灾环境时，能切断气源的，应立即关闭所有与气、液想通的阀门。当阀门无法关闭或泄露处无法堵塞时，立即设置10米以上警戒线。抢险现场小组应迅速组织危险区域人员撤离。具备灭火条件时，使用干粉（最好是碳酸钾）灭火器灭火，切不可用水直接喷淋液体泄露处；不具备条件时，则控制稳定燃烧，让其缓慢燃烧直到烧完为止。应急处理人员应经过对LNG引发的火灾使用干粉灭火器的训练。,五、柴油/LNG双燃料汽车操作维护规程,出车前的准备及检查使用前应严格检查燃气管路、供气装置是否有燃气泄漏；检查电气部分，线路是否有“松脱”现象，尤其是电磁阀的插片处等。注意检查蓄电池的电压是否足够，因发动机起动和电控系统需要足够电压。若连续3次不能起动，应仔细检查电路连接是否正确。要注意观察燃气存量，及时加气。加气时应遵守加气站的相关规定，由加气站操作人员操作。汽化器、减压器需用发动机的冷却液进行加热，为防止水腔内结水垢，必须使用冷却液或软水。检查气瓶与托架、供气装置与大梁之间固定是否牢固。发动机启动后怠速运行30秒，检查发动机是否工作正常。车辆其余部分出车前的准备及检查，载重汽车、拖挂车按Q/SH10350297-2011第3章执行，油水罐车按Q/SH10350500-20093.2执行，汽车起重机按Q/SH10350298-2011第4章执行。,双燃料汽车操作禁止眼睛和皮肤直接接触LNG,不得直接触摸LNG气瓶到汽化器的LNG气管。在充液之前，气瓶内应至少应保持0.1MPa的压力，防止空气、其他气体或者水分进入气瓶内。气瓶加满液后应尽快投入使用，禁止长时间储存，导致气瓶压力迅速上升，安全阀频繁开启。（车辆营运期间，可根据行驶里程确定LNG加液量）车辆出车时，打开出液阀，发动机水温在任何情况下不得低于0，必要时，发动机应加注防冻液。水在低温下凝固为冰时，其体积将变大，将破坏汽化器的壳程，为避免汽化器内水结成冰，必须保证水温不低于0，必要时，应在加热水中填加防冻剂。车辆加满液时，若LNG车载多功能显示仪液位计高度显示超过0.580m，并发出报警声响时，按消音键即可，无需其他处理。,车辆行驶或停放当中，若LNG车载多功能显示仪压力显示低于0.5MPa，并发出报警声响时，应及时按消音键，并打开增压出液阀进行补压；液位计高度显示低于0.080m，并发出报警声响时，应按消音键，转换到纯柴油工作模式运行，并及时进行加液。车辆停放当中，若LNG车载多功能显示仪压力显示高于1.7MPa，并发出报警声响时，应立即报告并及时与公司大修厂联系。车辆正常行驶时如出现发动机水温异常升高敲缸、爆震现象，应立即转换到纯柴油工作模式运行，并尽快与公司大修厂服务人员联系。车辆回场或长时间停车应及时关闭出液阀、增压阀。车辆其余部分的操作，载重汽车按Q/SH10350860-2009第45章执行，油水罐车按Q/SH10350500-20093.2执行，拖挂车按Q/SH10350430-2008执行，汽车起重机按Q/SH10350298-2011第4章执行，冬季按Q/SH10380188-2010第3章执行。,双燃料汽车维护LNG供气系统和控制系统以外部分，载重汽车、油水罐车、拖挂车维护按Q/SH10350860-2009执行，汽车起重机按Q/SH10350298-2011第7章执行。冬季的换季维护按Q/SH10380188-201第2章执行。维护周期日常维护：每日进行。一级维护：3000km5000km，特种车辆运转时间120h150h。二级维护：20000km24000km，特种车辆运转时间800h1000h。,日常维护检查气瓶、电磁阀、压力调节器等部件安装支架的完好与紧固情况，紧固已松动的紧固件。检查气量，接通全车电源，打开点火开关（不起动发动机），检查气量显示器指示的气量。检查供气系统管路、接头组件等是否有泄露（可通过周围环境是否有燃气泄露异味进行判断）；对铰接式汽车，特别要重点检查铰接盘处的高压软管是否有擦伤痕迹，外表有无龟裂、老化等现象。如发现系统有泄露现象，驾驶员不应擅自维修，应及时通知专业维修厂家派员修理。,一级维护完成日常维护作业项目。检查LNG气瓶固定装置有无变形、损伤，是否紧固。LNG气瓶阀门检查：用专用气体检测仪或检测液，检测气瓶阀门是否有泄露，如有应及时处理。检查出气手动阀，应开关灵活。检查充气阀及管接头与管路卡箍，应无松动。系统各管路及接头检查：管体无损伤、龟裂现象，用专用气体检测仪或检测液检查无泄露。管接头及阀门连接牢固无松动、无泄露。,汽化器和调压器检查：用专用气体检测仪或检