任杰

NG客車加熱器系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

任杰

（安徽安凱汽車股份有限公司，合肥230051）

在NG客車迅猛發(fā)展的形勢下，引入NG加熱器，研究其系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)NG加熱器在NG客車上的使用，為客戶提供節(jié)能、環(huán)保、方便的產(chǎn)品。

NG加熱器；NG客車；汽化器；水路循環(huán)

生態(tài)惡化和石油短缺已經(jīng)成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。近年來，時(shí)常出現(xiàn)的霧霾天氣籠罩著中國大部分地區(qū)，造成較為嚴(yán)重的空氣污染，直接威脅著人們的健康和生存［1］。根據(jù)調(diào)查，機(jī)動車排放為城市PM2.5的主要來源，約占1/4。節(jié)能、減排已經(jīng)成為中國汽車工業(yè)發(fā)展的新航標(biāo)。因此，NG（National Gas）客車以其節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)已得到全面發(fā)展。市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在寒冷地區(qū)使用的NG客車所用加熱器依然采用柴油加熱器，給客戶的使用帶來不便，同時(shí)影響到整車的節(jié)能環(huán)保效果。采用天然氣作為加熱器的燃料，不但可以與燃?xì)饪蛙囅嗯涮?，提高客戶的使用方便性，而且還解決了現(xiàn)有燃油加熱器使用中存在的對環(huán)境污染較大的缺陷，滿足客車技術(shù)發(fā)展的需要［2］。

1　NG暖風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

客車常用的暖風(fēng)系統(tǒng)是以柴油為燃料的水暖式暖風(fēng)系統(tǒng)，對于燃料為柴油的客車，其加熱器的燃料供給方式是采取同一個燃油箱［3-4］。而對于NG客車，如何實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)及加熱器燃料供給系統(tǒng)最大程度上的共用化，是NG加熱器在NG客車上匹配的關(guān)鍵技術(shù)之一；實(shí)現(xiàn)多工況下加熱器和發(fā)動機(jī)的正常工作，是匹配技術(shù)的又一關(guān)鍵技術(shù)。

目前常用的NG客車分為CNG和LNG兩種，其中CNG屬于高壓氣態(tài)燃料，需要經(jīng)過二級減壓后才能供給發(fā)動機(jī)使用；而LNG屬于超低溫液體，需要通過汽化器汽化再通過穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后，才能供給發(fā)動機(jī)使用。因此，無論是CNG客車，還是LNG客車，都不能像柴油客車直接采用共用儲氣罐的方式。盡管國家于2007年實(shí)施了QC/T 769-2006《汽車燃?xì)饧訜崞鳌沸袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)［5］，但目前國內(nèi)采用燃?xì)饧訜崞鞯目蛙嚪浅Ｉ?。本文以某?2 m LNG客車為例，對NG加熱器進(jìn)行分析。首先，根據(jù)整車要求，對NG加熱器進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。方案設(shè)計(jì)的參數(shù)選擇如表1所示。

表1　NG加熱器方案參數(shù)表

燃?xì)饧訜崞髋c柴油加熱器的主要區(qū)別在于燃料供給系統(tǒng)，NG加熱器對燃料的要求與NG發(fā)動機(jī)相似，且燃?xì)鈮毫Ψ秶鸀?.85～1.2 MPa［6］。因此，燃料供給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要與整車的燃?xì)庀到y(tǒng)相結(jié)合。

2　NG客車燃料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一般LNG客車的燃?xì)庀到y(tǒng)由液位顯示器、充液面板（包括充液口、回氣口）、儲液罐、汽化器、緩沖罐、燃?xì)鉃V清器、穩(wěn)壓器、電磁閥等組成。結(jié)構(gòu)原理如圖1所［7］。

LNG燃料是超低溫液體，需要經(jīng)過汽化器汽化變成氣態(tài)才可以供給發(fā)動機(jī)或者加熱器使用。汽化器結(jié)構(gòu)是通過螺旋管壁式結(jié)構(gòu)使熱水與LNG進(jìn)行熱交換，把低溫液態(tài)的LNG加熱進(jìn)行汽化［8-9］。為保證起步或加速時(shí)的燃?xì)夤┙o，在汽化器后設(shè)置緩沖罐，提前存儲一部分汽化好的氣體供使用。由圖1所示原理圖結(jié)合NG加熱器的工作介質(zhì)可以得出，NG加熱器與發(fā)動機(jī)的燃料系統(tǒng)需要最大化地共用。因此，把加熱器的燃料供給設(shè)置在緩沖罐出口處，并且汽化器的汽化量和緩沖罐的容積均需滿足發(fā)動機(jī)和加熱器同時(shí)使用時(shí)的燃料需求。按照整車匹配的LNG發(fā)動機(jī)的參數(shù)以及上述選取的NG加熱器的工作參數(shù)，經(jīng)過計(jì)算得出汽化器的流量為80 m3/h，緩沖罐的容積為15 L。帶有NG加熱器的燃?xì)夤┙o系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

3　汽化器水路設(shè)計(jì)

汽化器工作一般在發(fā)動機(jī)起動之后，特別需要注意汽化器的取水點(diǎn)要設(shè)置在發(fā)動機(jī)總循環(huán)管路上，以保證發(fā)動機(jī)大小循環(huán)水路時(shí)，汽化器都能取到熱水，從而使發(fā)動機(jī)的循環(huán)水經(jīng)過汽化器把超低溫的LNG燃料進(jìn)行汽化，以持續(xù)不斷供給發(fā)動機(jī)使用。發(fā)動機(jī)正常起動后，開啟加熱器。由于合理地匹配了汽化器和緩沖罐，加熱器自然能正常工作。LNG儲液罐中的LNG液體燃料通過管路輸送到汽化器中，汽化器從發(fā)動機(jī)中取熱水對液態(tài)的LNG燃料進(jìn)行加熱汽化后燃料進(jìn)入緩沖罐，用于加熱過的水回到發(fā)動機(jī)繼續(xù)隨發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)升溫；緩沖罐中儲存的氣態(tài)燃料一路供給發(fā)動機(jī)，另一路供給燃?xì)饧訜崞鳌Ｈ細(xì)饧訜崞鲝陌l(fā)動機(jī)取水，通過加熱器工作，水溫上升進(jìn)入散熱器，散熱器把熱水的熱量在車內(nèi)進(jìn)行散熱達(dá)到給車內(nèi)取暖的目的，如此往復(fù)，實(shí)現(xiàn)加熱器的加熱功能；散熱之后的水路回到發(fā)動機(jī)，如圖3所示。其中實(shí)線箭頭指向?yàn)槿剂献呦?；虛線箭頭指向?yàn)樗纷呦颉?/p>

在冬天溫度較低時(shí)，駕駛員往往是先開啟加熱器給車內(nèi)預(yù)熱［10］。因?yàn)榘l(fā)動機(jī)不工作而導(dǎo)致汽化器不能正常工作，所以加熱器的燃料供給就會受影響。這時(shí)，把加熱器的水路引入到汽化器，確保在單獨(dú)開啟加熱器時(shí)汽化器也能正常工作。即在圖3中添加燃?xì)饧訜崞鞯狡鞯乃废到y(tǒng)（線框內(nèi)的虛線箭頭走向）。

這樣在同時(shí)開啟發(fā)動機(jī)及加熱器時(shí)，汽化器由兩路水路分別供給。發(fā)動機(jī)及加熱器均設(shè)置水泵，在不同的工況下，水泵壓力和流量不同［11］，那么汽化器的水路就會受其壓力和流量影響，發(fā)生紊亂。因此，汽化器的水路供給需要保證在加熱器單獨(dú)起動時(shí)，水路由加熱器供給；而只要在發(fā)動機(jī)起動時(shí)，水路均由發(fā)動機(jī)供給。這樣才能保證在任何工況下，汽化器的汽化工作順利進(jìn)行。增加一路水路控制系統(tǒng)，增加電磁閥來控制汽化器由加熱器提供的進(jìn)水管路，電磁閥接入整車電源及發(fā)動機(jī)起動電路。當(dāng)整車電源接通時(shí)，電磁閥閉合，加熱器供給汽化器的水路開通；當(dāng)電磁閥同時(shí)接收到整車電源和發(fā)動機(jī)起動電源信號時(shí)，電磁閥斷開，切斷加熱器到汽化器的供水管路。原理圖見圖4。其中粗實(shí)線箭頭指向?yàn)槿剂献呦?；虛線箭頭指向?yàn)樗纷呦?；?xì)實(shí)線是指連接的電路。

4　結(jié)束語

通過樣車打造，并對樣車進(jìn)行測試，發(fā)動機(jī)及加熱器均能滿足工作參數(shù)需求。NG加熱器在LNG客車上的匹配完全可行，且相對柴油加熱器來說，燃料成本節(jié)約30%以上［12］。對于CNG燃?xì)廛?，因其減壓后的氣體加熱水所需熱量更少，采用上述方案完全可以實(shí)現(xiàn)。隨著國家節(jié)能減排工作的逐步推進(jìn)，NG加熱器必將在NG客車上廣泛實(shí)現(xiàn)，進(jìn)一步提高整車的節(jié)能減排效果。

［1］邊耀璋，等.汽車新能源技術(shù)［M］.北京：人民交通出版社，2003.1.

［2］趙侃.汽車液體CNG加熱器的研究與開發(fā)［D］.西安：長安大學(xué)，2003.5.

［3］賴志藝.客車水暖式暖風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵事項(xiàng)［J］.機(jī)電技術(shù)，2013，（3）：108-110.

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

［5］QC/T769-2006，汽車燃?xì)饧訜崞鳎跾］.

［6］逄學(xué)艷，郭彬，毛華永，等.車用液化天然氣加熱器性能的試驗(yàn)研究［J］.內(nèi)燃機(jī)與動力裝置，2011，（3）：1-7.

［7］任杰.某型LNG客車性能匹配及優(yōu)化研究［D］.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2014.6.

［8］李多金.LNG汽車燃料汽化器設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究［J］.低溫與超導(dǎo)，2007，35（6）：533-535.

［9］J·S·丁.生態(tài)液化天然氣（LNG）汽化器系統(tǒng)：中國，10164 1545［P］.

［10］毛永華，郭彬，郝勝兵，等.獨(dú)立式車用加熱器的功能分析［J］.客車技術(shù)與研究，2012，35（1）：23-26.

［11］江楠，郭彬，毛永華，等.車用加熱器電磁燃油泵供油特性試驗(yàn)研究［J］.內(nèi)燃機(jī)與動力裝置，2012，（4）：8-13.

［12］逄學(xué)艷.車用YJT-Q30液體天然氣加熱器的性能試驗(yàn)研究［D］.濟(jì)南：山東大學(xué)，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，碩士；高級工程師；主要研究方向：客車動力系統(tǒng)匹配及優(yōu)化設(shè)計(jì)。