LNG技术浅析

LNG汽车浅析信息编辑:添加时间:12-09-2410:04:20点击次数:80LNG汽车浅析成都莱恩基科技有限公司刘晋前言：我省天然气资源丰富，已建成并在生产的5LNG厂，供气规模可达140万m3／d。省发改委产业处［2012］270号文《四川省发展和改革委员会关于开展LNG汽车试点工作的通知》指出：LNG汽车作为新一代天然气汽车的推广车型，是国家“十二五期间重点发展的清洁能源汽车之一。我省以城际客(货)车、城市公交车和定线物流车等车辆为主。新购与改装相结合开展LNG汽车试点工作。七年来我公司开展了出租、商务车、重卡等不同用途的LNG汽车改装、运行研究试验工作。结果表明：LNG汽车动力性、经济性良好，排放更清洁，运行安全，广泛适用于营运车、公务车和商务车。关键词：LNG汽车改装运行试验一、成都莱恩基科技有限公司介绍莱恩基公司已从事了多年清洁燃气汽车的改装研究实验，开展从CNG到LNG；从预混式到多点电喷式；从实验仪器到实验记录等大量基础工作，以及燃气系统地优化集成。制定《LNG汽车改装质量保证体系文件》和Q/67434472-3《燃气汽车改装技术要求液化天然气汽车》企业标准，编制了《液化天然气汽车安全操作及使用维护手册》。09年4月顺利完成了国家“863”计划《四川省天然气汽车运行试验与技术考核》课题《LNG汽车研究实验》项目。到目前为止，已改装各型LNG汽车十三辆。涵盖出租、商务、商用等多种用途的汽、柴油车，运行中安全性、动力性、经济性、环保性良好，达到甚至于超过相关行业标准和预期目标。二、天然气是迄今为止首选的替代燃料2.1.资源丰富全球天然气己探明储量179万亿m3,多于石油。特别是深海中发现了“可燃冰”,据初步估计，地球上“可燃冰”（水气比1﹕205的固态水合物）所含的能量相当于石油、天然气和煤炭总和的三倍。专家预测,2015年世界天然气产量将超过石油，在能源结构中占30％（石油将只占27％,位居第二）。2..2优越性2.2.1节约性国际国内天然气价格比汽柴油低40％，1m3天然气等效于1.2L汽油，0.95L柴油。节约效率最高可达50％。2.2.2环保性天然气燃烧所产生的温室效应是煤炭的48%，石油的54%。对人体有害气体排放比汽油减少82％～95％。2.3．安全、适用性液化天然气（LNG）常压下－162℃以液态形式存在，体积达1/625，甲烷等有效成分含量95％～98％，车用工作压力0.2～0.8MPa。携带更便捷、气质更纯净、应用更安全是业界的共识。国标规定，LNG容器静态日蒸损率＜3%，一级安全阀工作压力1.65Mpa。即常态下－162℃的LNG静置7天安全阀不起跳。所以，LNG作为营运车、公务车和商务车的燃料，有着广泛的适用性。表一汽车燃料特性比较汽油C7H15柴油（C15H28）液化天然气CH41燃料性质液体燃料液体燃料气体燃料2空燃比（体积）58.5﹕19.52﹕13压缩比10﹕117﹕113﹕14点火时间提前100～150提前200～3005燃点4200C220℃6500C，6气/液相密度0.732kg／L0.840.722kg/m3/0.425kg／L7耗氧（空气）量1﹕1514.71﹕17.38LNG气化冷能860～883kJ/kg9燃烧速度（cm/s）39～47cm/s33.8cm/s10混合气热值3750KJ/m³46.04MJ/kg.3390KJ/m³11燃烧浓度1.0～7.6%5～15%12气/液容积比625三、天然气汽车（NGV）2.1汽车发动机分类2.1.1点燃式发动机点燃式汽车分自然吸气化油器、自然吸气共轨电控顺喷、涡轮增压共轨电控顺喷和涡轮增压共轨电控直喷等燃油供给方式，其中，自然吸气化油器基本上已淘汰，目前广泛应用的是电控正时点火、电控正时定量供油。而涡轮增压共轨电控缸内直喷供油最为先进。2.1.2压燃式发动机压燃式分自然吸气缸内直喷、机械式涡轮增压缸内直喷和涡轮增压高压共轨电控直喷三类。特点是无点火系统，缸内高压供油。目前重卡的广泛应用后两种类型2.2天然气汽车发动机（NGV）类分车用天然气气源有压缩（CNG）和液化（LNG）之分；发动机供油系统也有两用燃料、双燃料、和单燃料之分。与汽车分类相对应，燃气汽车分为CNGV和LNGV十二大系列改装方案：1．液化天然气两用燃料多点电控燃气系统；2．压缩天然气两用燃料多点电控燃气系统；3.液化天然气两用燃料预混燃气系统；4.压缩天然气两用燃料预混燃气系统；5．液化天然气单燃料多点电控燃气系统；6．压缩天然气单燃料多点电控燃气系统；7.液化天然气单燃料单点电控燃气系统；8.压缩天然气柴油机单燃料单点电控燃气系统；9.液化天然气双燃料多点电控燃气系统；10.压缩天然气柴油机双燃料多点电控燃气系统；11.液化天然气双燃料单点预混燃气系统；12.压缩天然气双燃料单点预混燃气系统；四、改装实例3.1液化天然气两用燃料多点电控燃气系统改装实例——LLN型3.1.1车型：帕萨特2.0L出租车，累计试验运行约10万公里。3.1.2系统构成：LNG顺喷式供气系统，主要分为车载LNG气源装置和电控闭环多点顺喷装置两大部分。车载LNG气源装置部分：包括了LNG储存瓶，气化器、支架、冷凝水接排装置、安全阀排气装置、安全报警装置等。电控闭环多点顺喷部分：主要由高压电磁阀，顺喷调压稳压器，多点共轨电磁阀，手自一体转換开关，燃气ECU，点火提前器等装置组成。3.1.3安全控制措施：●安装安全阀放散装置，安装车用安全报警装置。●动力经济性优化，改造部分装置的零件尺寸，提高混合气均匀度和缸内充装系数。●ECU多元化，采用了PIC、DSP两种ECU控制系统进行实验。3.1.4主要指标：经四川南方天然气汽车检测中心检测，主要技术指标如下：动力性，油气同工况最高车速变化量4.93％。最高档最低稳定车速占变化量1.82％，（如表一、表二所示）。表二最高车速试验结果项目燃料试验结果V气/V油×100％最高车速（km/h）汽油177.19技术条件试验结果天然气168.45≥8895..07表三最高最低稳定车速测定结果项目燃料试验结果V气/V油×100％最高档最低稳定车速（km/h）汽油26.95技术条件试验结果天然气27.44≤6％1.82％燃料消耗量，均速90km/h工况LNG消耗量5.71Nm3／100km，表四燃料消耗量试验结果项目平均试验车速（km/h）试验结果限定条件下的使用燃料消耗量90.8液化天然气（L/100km）10.5注：LNG实际参数：密度390kg／m3（压力3～5kg，温度－135℃），膨胀比544。排放指标，燃油工况符合国Ⅲ排放标准，燃气工况排放更优。HC高低怠速排放指标分别减少55％和39％（如表五所示）。表五排放污染物测试结果项目燃料类型技术条件测试结果加速行驶车外噪声（dB汽油/75.4天然气75.0（A））怠速排气污染物测试低怠速CO（％）汽油≤0.80.00天然气0.00HC（10-6）汽油≤15046天然气28高怠速CO（％）汽油≤0.30.00天然气0.00HC（10-6）汽油≤10092天然气413.1.5经济性：表六帕萨特汽油、LNG比较表序号项目93﹟LNG1容量60L65L／35.25m3※2年行驶里程﹙万km）153百公里耗量﹙L／m3﹚8.66.94油气比﹙L﹕m3﹚1.25﹕15单价（元）7.54.56百公里燃料费（元）64.531.057百公里节约（元）33.457年耗燃料费（万元）9.684.668年节约燃料费（万元）5.028节约效率﹙％﹚51.86※LNG实际气质参数：密度390kg／m3（压力3～5kg，温度－135℃）膨胀比544通过试运行和检测表明：动力减少4.93%，节约效率51.86％，排放更优。年节约燃料费5万元。约7万余km可省回改装费用2.5万元。3.2液化天然气双燃料单点预混燃气系统改装实例——LSY型3.2.1车型：中国重汽斯太尔王8.9L排量，车龄6年，260马力，满载总重31吨。，累计试验运行约20万公里。3.2.2系统主要由气源装置正压供气，稳压装置，特殊腔道混合器，油门位置传感器，ECU控制单元等构成。3.2.3发动机主要参数：●燃气系统额定供气压力：0.05Mpa；●压缩比：1∶17●水温：≤75℃●怠速转速：450～500●平均燃料消耗量：20L＋25.3m3。3.2.4柴油/LNG双燃料汽车运行试验数据统计分析如下表七柴油/LNG双燃料汽车经济效益分析序号项目改装前0＃柴油改装后0＃柴油LNG※1年行驶里程﹙万km﹚152百公里耗量﹙L／m3﹚432025.33单价（L／m3元）7.57.54.84百公里燃料费（元）322.5150121.445百公里节约（元）51.066油气比﹙L﹕m3﹚1:1.17平均替代率53％8年耗燃料费（万元）48.3840.729年节约燃料费（万元）7.661节约效率15.83％0﹙％﹚3.2.5改装后主要指标：动力性：提升约5%（半个档），平均时速大于30km/h时替代率不低于65%；最高可达70%以上。经济性：改装费5.5万元（含275LLNG钢瓶），营运11万km可收回改装费用。3.3液化天然气单燃料多点电控燃气系统（国产）——LDN型3.3.1车型：中国重汽斯太尔王8.9L排量，车龄5年，260马力。空载总重21吨。。3.3.2系统主要由LNG气瓶、气化器、缓冲罐、调压、稳压器等装置提供0.3Mpa压力气源，高压共轨、电子节气门、高压点火线圈、缸线、火花塞、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、ECU控制单元等构成多点电控系统。3.3.3发动机本体改装，以压缩比12.5加工安装活塞，加工安装缸盖火花塞等。置换水冷式涡轮增压器、进气道、风扇、电子节气门等。3.3.4发动机主要参数：●燃气系统额定供气压力：0.3Mpa；●压缩比：1∶12.5；●水温：≤85℃；●怠速转速：500～550；●入值：0.98～1.03；●平均燃料消耗量：39.5m3。3.3.5柴油/LNG双燃料汽车运行试验数据统计分析如下表八LNG单燃料汽车经济效益分析序号项目0＃柴油LNG※1年行驶里程﹙万km﹚152空载百公里耗量﹙L／m3﹚3339.53单价（L／m3元）7.54.54百公里燃料费（元）322.5177.755百公里节约（元）144.756油气比﹙L﹕m3﹚1:1.27年耗燃料费（万元）48.3826.668年节约燃料费（万元）21.719节约效率﹙％﹚44.88％3.3.6改装后主要指标：动力性：下降约10%（1个档）。经济性：年节约燃料费21.71万元，改装费8.5万元（含275LLNG钢瓶），营运6万km可收回改装费用。适用性：运行最高海拔3200米，冷却液温度≤85℃，排放温度≤650℃。3.4液化天然气单燃料单点电控燃气系统（进口）——LDN型3.4.1车型：东风160，玉柴YC6J160-31型发动机，6.6L排量，118kw。满载总重14吨。3.4.2系统主要由LNG气瓶、气化器、缓冲罐、调压、稳压器等装置提供1.0Mpa压力气源，单点高压阀体、电子节气门、高压点火线圈、专利缸线、火花塞、凸轮轴位置传感器、ECU控制单元等构成单点电控系统。3.4.3发动机本体改装，以压缩比10.5加工安装活塞，加工安装缸盖火花塞等。3.4.4置换凸轮轴、置换水冷式涡轮增压器等。3.3.5发动机主要参数：●燃气系统额定供气压力：0.82Mpa●压缩比：1∶10.5●台驾实验测功机测试，功率150kw，最大功率转速1800r/min；●水温：≤90℃●怠速转速：550～600●入值：1.1～1.2，稀薄燃烧●平均燃料消耗量：23.5m3●油气比1∶1．06。表八LNG单燃料汽车经济效益分析序号项目0＃柴油LNG1年均行驶里程﹙万km﹚62平均百公里耗量﹙L／m3﹚2123.53单价（L／m3元）7.54.54百公里燃料费（元）157.5105.755百公里节约（元）51.756油气比﹙L﹕m3﹚1:1.067年耗燃料费（万元）9.456.358年节约（万元）