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【卡車知識】LNG發動機功能解析

人氣:發表時間:2017/3/14 14:07:03

天然氣主要存在于油田和天然氣田中,主要成分是烷烴,其中甲烷占絕大多數,沸點-161.5℃,在20MPa壓縮儲存為壓縮天然氣(CNG),在-162℃以下隔熱狀態呈液態保存為液化天然氣(LNG)。天然氣在燃燒過程中產生的能影響人類呼吸系統健康的物質極少,燃燒后無廢渣、廢水產生,具有使用安全、熱值高、潔凈等優勢。  

隨著我國對排放標準的不斷提高和能源配置的合理使用,LNG發動機在大型客車和重型貨車上已開始應用。國家西氣東輸和東海油氣田天然氣上岸工程,也為LNG發動機的推廣應用提供了能源保障。隨著LNG發動機不斷進入市場,結合LNG發動機的構造特點和實際工作經驗,談一下LNG發動機的合理使用。
● LNG發動機燃料供給系的主要部件及其功用
一、工作原理
ECIEFR系統增壓LNG發動機。LNG從液態氣罐到進入發動機氣缸。
二、儲液罐
天然氣以液態形式儲存于低溫低壓的儲罐內,其內部溫度低于-162℃,氣瓶充滿氣的公稱工作壓力為1.6MPa,使用時氣瓶最小壓力不能低于0.65MPa,否則會引起發動機供氣不足,動力性下降并且導致催化轉化器燒結。儲罐采取雙層真空絕熱結構,儲罐由內膽、外殼、內夾層絕熱件和閥件艙等組成。 
內膽用于盛裝燃料,外殼支撐整個罐體,并保護內膽,他在內膽間構成了密閉的真空空間,兩殼夾層間填充了具有隔熱性能的玻璃棉和鋁箔材料。閥件艙布置在儲罐的一端,包括儲液閥、安全閥、手動放空閥、壓力調節器、壓力表和液位顯示器等。駕駛室儀表板設置有氣量指示和漏氣報警裝置。
三、汽化器
LNG需要經汽化器升溫膨脹后汽化成氣態天然氣,才能供給發動機燃燒,LNG在汽化過程中會吸收較多的熱量,汽化器利用發動機冷卻液提供熱量,促使低溫液態的天然氣變成氣態的天然氣。氣態天然氣的溫度高低取決于冷卻液的溫度和流量,實際工作過程中,進入發動機的可燃混合氣的溫度要求比較寬松,而發動機冷卻液的正常溫度一般為60-85℃。
四、低壓電磁閥
低壓電磁閥安裝在電控調壓器天然氣入口處,控制天然氣的供給量。平時應注意對該電磁閥的清潔,視供給燃料的清潔度,一般每行駛5萬km清洗一次。清洗時,應拆除電磁閥線圈,取出閥芯閥座,并將他們浸泡在汽油中,再用干壓縮空氣吹干后使用。
五、電控調壓器(EPR閥)
電控調壓器是電子控制的壓力調節器,內部有控制芯片接受ECM的指令,根據發動機運行工況控制天然氣量及壓力,從而有效控制空燃比。電控調壓器內部有一個微處理器控制的高速電機,通過CAN總線接收ECM信息,保證天然氣壓力在0.55~1.35MPa之間。電控調壓器內有壓力傳感器用于測量調壓器出口和混合氣入口處的氣壓差,將電控調壓器的燃氣溫度控制在-40℃-105℃范圍內。
六、混合器
混合器的作用是將增壓器中冷后的空氣與天然氣充分混合。氣態天然氣氣壓大于中冷后的空氣,按比例噴入與空氣混合,使燃燒更充分、柔和,可有效降低NOx的排放和排氣溫度。混合氣相當于單點噴射裝置,安裝在進氣道的喉管處,其內有一個被彈簧控制的膜片,可根據空氣的流入量,決定其內部膜片的開度,進而在發動機運轉工況下,混合器能精確控制空燃比。
七、電子控制節氣門
駕駛員通過油門踏板,將動力需求傳給ECM,ECM接收到油門踏板信號后,根據發動機運行工況控制電子節氣門的開度。通過控制電子節氣門蝶閥的開度,調節進入氣缸內混合氣量的多少,從而控制發動機的轉速和適應負荷變化。在安裝電子節氣門時,驅動電機軸線必須保持水平。
● LNG汽車發動機的特點及合理使用
LNG發動機具有以下特點:一是天然氣抗爆性能好,辛烷值可達130RON,發動機的壓縮比可達11-12,介于汽油機和柴油機之間。二是進氣系統適合安裝渦輪增壓裝置,LNG發動機采用電控高壓點火系統,與汽油機相同。三是發動機燃用天然氣不會在進氣管壁形成油膜,發動機在暖機時排放污染較小。以上特點使得LNG發動機與汽油機、柴油機相比,在使用上具有一定差別,主要表現在以下幾個方面。
一、應注意LNG的品質。天然氣中除含有烷烴外,還含有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣等。LNG發動機用天然氣,每標準立方米(101.325kPa,20℃)硫化氫的含量不能超過15mg/m3,車輛長時間使用含硫量高的天然氣可能會導致燃燒室組件腐蝕,進一步影響熱交換和熱平衡。固體小顆粒的直徑應小于5μm。
二、LNG發動機需用專門的高品質低灰分潤滑油。天然氣發動機燃燒的主要是高純度的氣態甲烷,其燃燒溫度比柴油機高,產生的發動機熱負荷比柴油機高。此外,氣態甲烷燃燒不會產生碳煙,有效防止了潤滑油的油灰沉積在火花塞上。但這樣一來,碳灰的潤滑作用也會消失,因此燃氣發動機的潤滑性能比燃油發動機的潤滑性能大為降低。因此,LNG發動機需要使用低硫酸鹽灰分、高抗耐磨、抗氧化,且低硫含量的專用機油。
三、LNG發動機配備高能量點火裝置。天然氣的辛烷值高于汽油,因而發動機的壓縮比可以做得比汽油機高,熱效率相應提高。天然氣的自燃溫度在632℃,發動機壓縮過程中缸內混合氣的溫度達不到這個溫度,必須采用火花塞強制點火,再加上天然氣的燃燒范圍較窄,因此要求點火能量較大,傳統的點火裝置不適用于LNG發動機,需高能量點火裝置。
天然氣發動機缸內燃燒溫度比較高,進氣對火花塞的冷卻效果較燃油發動機要差,點火電壓高于常規汽油機,超過40kV。但火花塞間隙比汽油機要小,鉑金NGK火花塞間隙為0.33±0.005mm,銥金火花塞間隙為0.4±0.005mm,每行駛2萬km必須檢查火花塞電極燒蝕情況,以及高壓線膠套是否老化開裂,同時清理火花塞電極間雜質和點火線圈接線柱的氧化物,并涂導電膏。
四、需用高品質軟化的發動機防凍冷卻液。在汽化器中,液態天然氣升溫蒸發成氣態天然氣,在燃氣系統的熱交換器中,還要對氣化后的天然氣進一步加熱,這些加熱介質均是發動機冷卻液;所以,LNG發動機的冷卻液除原有的冷卻保溫功能外,還有加熱天然氣的作用。
若冷卻液品質不好易產生結垢現象,就會降低熱交換能力,導致汽化器和燃氣熱交換器效率下降,直接影響發動機的燃氣供給,使發動機功率下降,進而影響燃氣系統的下游裝置。因此,應絕對保證發動機冷卻液的品質,應用凝點更低,防腐功能更好,不結垢的軟質防凍液。

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