NG客车加热器系统设计与研究

任杰

NG客车加热器系统设计与研究

任杰

（安徽安凯汽车股份有限公司，合肥230051）

在NG客车迅猛发展的形势下，引入NG加热器，研究其系统设计，实现NG加热器在NG客车上的使用，为客户提供节能、环保、方便的产品。

NG加热器；NG客车；汽化器；水路循环

生态恶化和石油短缺已经成为全球关注的焦点。近年来，时常出现的雾霾天气笼罩着中国大部分地区，造成较为严重的空气污染，直接威胁着人们的健康和生存［1］。根据调查，机动车排放为城市PM2.5的主要来源，约占1/4。节能、减排已经成为中国汽车工业发展的新航标。因此，NG（National Gas）客车以其节能、环保、经济等特点已得到全面发展。市场调研发现，在寒冷地区使用的NG客车所用加热器依然采用柴油加热器，给客户的使用带来不便，同时影响到整车的节能环保效果。采用天然气作为加热器的燃料，不但可以与燃气客车相配套，提高客户的使用方便性，而且还解决了现有燃油加热器使用中存在的对环境污染较大的缺陷，满足客车技术发展的需要［2］。

1　NG暖风系统设计方案

客车常用的暖风系统是以柴油为燃料的水暖式暖风系统，对于燃料为柴油的客车，其加热器的燃料供给方式是采取同一个燃油箱［3-4］。而对于NG客车，如何实现发动机及加热器燃料供给系统最大程度上的共用化，是NG加热器在NG客车上匹配的关键技术之一；实现多工况下加热器和发动机的正常工作，是匹配技术的又一关键技术。

目前常用的NG客车分为CNG和LNG两种，其中CNG属于高压气态燃料，需要经过二级减压后才能供给发动机使用；而LNG属于超低温液体，需要通过汽化器汽化再通过稳压器稳压后，才能供给发动机使用。因此，无论是CNG客车，还是LNG客车，都不能像柴油客车直接采用共用储气罐的方式。尽管国家于2007年实施了QC/T 769-2006《汽车燃气加热器》行业标准［5］，但目前国内采用燃气加热器的客车非常少。本文以某型12 m LNG客车为例，对NG加热器进行分析。首先，根据整车要求，对NG加热器进行方案设计。方案设计的参数选择如表1所示。

表1　NG加热器方案参数表

燃气加热器与柴油加热器的主要区别在于燃料供给系统，NG加热器对燃料的要求与NG发动机相似，且燃气压力范围为0.85～1.2 MPa［6］。因此，燃料供给系统的设计需要与整车的燃气系统相结合。

2　NG客车燃料系统设计

一般LNG客车的燃气系统由液位显示器、充液面板（包括充液口、回气口）、储液罐、汽化器、缓冲罐、燃气滤清器、稳压器、电磁阀等组成。结构原理如图1所［7］。

LNG燃料是超低温液体，需要经过汽化器汽化变成气态才可以供给发动机或者加热器使用。汽化器结构是通过螺旋管壁式结构使热水与LNG进行热交换，把低温液态的LNG加热进行汽化［8-9］。为保证起步或加速时的燃气供给，在汽化器后设置缓冲罐，提前存储一部分汽化好的气体供使用。由图1所示原理图结合NG加热器的工作介质可以得出，NG加热器与发动机的燃料系统需要最大化地共用。因此，把加热器的燃料供给设置在缓冲罐出口处，并且汽化器的汽化量和缓冲罐的容积均需满足发动机和加热器同时使用时的燃料需求。按照整车匹配的LNG发动机的参数以及上述选取的NG加热器的工作参数，经过计算得出汽化器的流量为80 m3/h，缓冲罐的容积为15 L。带有NG加热器的燃气供给系统示意图如图2所示。

3　汽化器水路设计

汽化器工作一般在发动机起动之后，特别需要注意汽化器的取水点要设置在发动机总循环管路上，以保证发动机大小循环水路时，汽化器都能取到热水，从而使发动机的循环水经过汽化器把超低温的LNG燃料进行汽化，以持续不断供给发动机使用。发动机正常起动后，开启加热器。由于合理地匹配了汽化器和缓冲罐，加热器自然能正常工作。LNG储液罐中的LNG液体燃料通过管路输送到汽化器中，汽化器从发动机中取热水对液态的LNG燃料进行加热汽化后燃料进入缓冲罐，用于加热过的水回到发动机继续随发动机运转升温；缓冲罐中储存的气态燃料一路供给发动机，另一路供给燃气加热器。燃气加热器从发动机取水，通过加热器工作，水温上升进入散热器，散热器把热水的热量在车内进行散热达到给车内取暖的目的，如此往复，实现加热器的加热功能；散热之后的水路回到发动机，如图3所示。其中实线箭头指向为燃料走向；虚线箭头指向为水路走向。

在冬天温度较低时，驾驶员往往是先开启加热器给车内预热［10］。因为发动机不工作而导致汽化器不能正常工作，所以加热器的燃料供给就会受影响。这时，把加热器的水路引入到汽化器，确保在单独开启加热器时汽化器也能正常工作。即在图3中添加燃气加热器到汽化器的水路系统（线框内的虚线箭头走向）。

这样在同时开启发动机及加热器时，汽化器由两路水路分别供给。发动机及加热器均设置水泵，在不同的工况下，水泵压力和流量不同［11］，那么汽化器的水路就会受其压力和流量影响，发生紊乱。因此，汽化器的水路供给需要保证在加热器单独起动时，水路由加热器供给；而只要在发动机起动时，水路均由发动机供给。这样才能保证在任何工况下，汽化器的汽化工作顺利进行。增加一路水路控制系统，增加电磁阀来控制汽化器由加热器提供的进水管路，电磁阀接入整车电源及发动机起动电路。当整车电源接通时，电磁阀闭合，加热器供给汽化器的水路开通；当电磁阀同时接收到整车电源和发动机起动电源信号时，电磁阀断开，切断加热器到汽化器的供水管路。原理图见图4。其中粗实线箭头指向为燃料走向；虚线箭头指向为水路走向；细实线是指连接的电路。

4　结束语

通过样车打造，并对样车进行测试，发动机及加热器均能满足工作参数需求。NG加热器在LNG客车上的匹配完全可行，且相对柴油加热器来说，燃料成本节约30%以上［12］。对于CNG燃气车，因其减压后的气体加热水所需热量更少，采用上述方案完全可以实现。随着国家节能减排工作的逐步推进，NG加热器必将在NG客车上广泛实现，进一步提高整车的节能减排效果。

［1］边耀璋，等.汽车新能源技术［M］.北京：人民交通出版社，2003.1.

［2］赵侃.汽车液体CNG加热器的研究与开发［D］.西安：长安大学，2003.5.

［3］赖志艺.客车水暖式暖风系统设计关键事项［J］.机电技术，2013，（3）：108-110.

［4］Mike Brezonick，MVE Seeks to Make Economic Case for LNG in Heavy-dutyTrucks；NewTanks，Fuel Stations AimtoMake Fuel "Transparent"to Diesel.Diesel.Progress Engine&Drives，1996，62（2）：48-51.

［5］QC/T769-2006，汽车燃气加热器［S］.

［6］逄学艳，郭彬，毛华永，等.车用液化天然气加热器性能的试验研究［J］.内燃机与动力装置，2011，（3）：1-7.

［7］任杰.某型LNG客车性能匹配及优化研究［D］.合肥：合肥工业大学，2014.6.

［8］李多金.LNG汽车燃料汽化器设计与实验研究［J］.低温与超导，2007，35（6）：533-535.

［9］J·S·丁.生态液化天然气（LNG）汽化器系统：中国，10164 1545［P］.

［10］毛永华，郭彬，郝胜兵，等.独立式车用加热器的功能分析［J］.客车技术与研究，2012，35（1）：23-26.

［11］江楠，郭彬，毛永华，等.车用加热器电磁燃油泵供油特性试验研究［J］.内燃机与动力装置，2012，（4）：8-13.

［12］逄学艳.车用YJT-Q30液体天然气加热器的性能试验研究［D］.济南：山东大学，2011.6.

修改稿日期：2015-04-02

Design and Research of NG Bus'Heater System

Ren Jie
（Anhui Ankai Autombile Co.，Ltd，Hefei 230051，China）

With the rapid development of NG buses，NG heaters have been introduced.In order to offer energy-saving，environmental and convenient products，this paper researches NG heater's system design，and achieves the use ofNGheater on NGbuses.

NGheater；NGbus；carburetor；water cycle

U463.85+1

B

1006-3331（2015）06-0035-03

任杰（1977-），女，硕士；高级工程师；主要研究方向：客车动力系统匹配及优化设计。