LNG燃气温度控制系统设计

王岗，李鹏

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）



LNG燃气温度控制系统设计

王岗，李鹏

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

摘 要：文章介绍了在LNG系统中增加燃气温度控制系统后使发动机燃气进气温度控制在30℃～50℃范围内。解决了发动机在夏季环境温度高，气化后燃气温度高，不能满足发动机使用要求，导致发动机限扭，引起爬坡无力、熄火等现象。同时燃气温度在30℃～50℃时，使发动机系统燃烧充分，燃烧效率高，克服现有技术冷起动、低工况时进气温度过低导致的HC、CO排放过高和高工况时进气温度过高导致的动力性差、NOx排放过高的缺陷，降低污染物排放量，提高动力性和经济性。

关键词：LNG燃气温度控制系统；节温器； 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

液化天然气车辆在夏季天气炎热时整车动力差，重载爬坡时易熄火。熄火后等待燃气温度降低后才能再次起动的现象。经分析夏季环境温度高，气化后燃气温度高，不能满足发动机使用要求，导致发动机限扭，引起爬坡无力、熄火等现象。

现车用LNG供给系统多采用水浴式的气化形式，水浴式气化器水源直接来自于车辆发动机冷却系统冷却水，受制于发动机水泵性能、冷却系统布置等因素影响，进入气化器的冷却液流量及温度往往不能控制，造成气化后燃气温度、流量等不能满足发动机使用要求，同时影响LNG车辆的动力性和经济性。

如果有一种装置能够自动控制气化后燃气温度、流量参数等，并能使汽化器发挥最大效能，达到发动机最佳使用要求，那么就可提高发动机燃气利用率及经济性，带来更大的经济效益。

1、系统原理

液化天然气发动机燃气进气温度合理范围为30℃～50℃，在此范围内天然气密度及温度使发动机充分燃烧，发挥最大效能。若LNG系统气化后的燃气温度高于 50℃，影响发动机燃烧效率造成。若LNG系统气化后的燃气温度低于30℃或更小，燃气密度过高，增加气耗辆。更有甚者燃气温度低于0℃，则会损坏燃气喷嘴等供气系统部件。

针对上述问题，在车用LNG系统供气管路中汽化器及热交换器后各并接一个节温器暨燃气温度控制系统，其系统原理（原理见图1）如下：① 在气化器出水口端与节温器水路串联，同时节温器气路与气化器出气端串联，若燃气温度小于30℃时，发动机流量不小于 30L/Min，燃气温度上升发动机冷却水流量开始下降， 50℃时完全流量不大于2.3L/Min。② 在发动机热交换器出水口增端与节温器水路串联，热交换器气路与节温器气路串联。当燃气进气温度小于30℃时，冷却水流量不小于30L/Min，燃气温度上升，水流量下降，当燃气温度大于40℃时水流量完全关闭。通过气化器及热交换器出水口端增加节温器来控制进出水流量大小，达到控制燃气温度在30℃～50℃，使其满足发动机最佳使用要求。

图1

2、试验验证

2.1 试验要求

环境温度30℃时，在发动机的最大扭矩点及最大功率点时，燃气系统有无燃气温度控制系统，燃气温度是否降低至最佳范围，并满足发动机使用要求。

2.2 无燃气温度控制系统

LNG系统无燃气温度控制系统时，发动机在正常运行情况下，让其达到最大扭矩点和最大功率点并保持20分钟，记录该时间段内进发动机的燃气温度和进气压力，记录时间间隔为每一分钟记录一次。数据见图 2和图 3。

图2

图3

2.3 有节温器

LNG系统有燃气温度控制系统时，发动机在正常运行情况下，让其达到最大扭矩点和最大功率点并保持20分钟，记录该时间段内进发动机的燃气温度和进气压力，记录时间间隔为每一分钟记录一次。数据见图 4和图 5。

图4

图5

2.4 试验结论

通过试验数据对比，得出如下结论：① LNG系统增加燃气温度控制系统后，发动机进气口温度低于50℃大于30℃，比无节温器时降低25℃以上。② LNG系统有无燃气温度控制系统，汽化器的气化量无明显变化。燃气温度控制系统可将燃气温度控制在30℃～50℃范围内，同时不影响汽化器气化量，保证发动机燃气进气温度在一个合理的范围内。

3、结论

LNG车辆作为一种以LNG为燃料的车辆，由于其大规模使用时间较短，其在实际使用中问题较多，影响了其市场推广范围。车用LNG系统在增加燃气温度控制系统后，可有效降低发动机燃气进气温度，解决发动机在夏季环境温度高，车辆重载爬坡时，发动机无力，熄火等故障。同时车辆在平时运行中，增加燃气温度控制系统后，燃气温度在30℃～50℃时，发动机系统燃烧充分，燃烧效率高，克服现有技术冷起动、低工况时进气温度过低导致的HC、CO排放过高和高工况时进气温度过高导致的动力性差、NOx排放过高的缺陷，降低污染物排放量，提高动力性和经济性。

参考文献

[1] 余建组,换热器原理与设计.北京:北京航空航天大学出版社,2006.

[2] 钱颂文,换热器设计手册.北京:化学工业出版社矿,2002.

[3] 王宇.BL20液化天然气(LNG)发动机的开发.吉林:吉林大学,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

作者简介：王岗，就职于陕西重型汽车有限公司。

中图分类号：U464.9

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2016)03-49-02