李普尉

(廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司, 福建 廈門 361023)

天然氣以其環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟、儲量豐富等優(yōu)點，已成為汽車傳統(tǒng)燃料的主要替代能源之一。LNG汽車是未來天然氣汽車的發(fā)展方向，也是城市規(guī)?；l(fā)展天然氣汽車的理想途徑。LNG在城市客車中已經(jīng)得到廣泛應用,但是在校車市場上還很少。廈門金龍10 m LNG校車就是根據(jù)市場要求，精心打造的一款設計新穎、布局合理的天然氣汽車。

1 整車開發(fā)

1.1 車身設計特點

1) 車身造型。充分考慮空氣動力學原理，大曲面、小圓角相結合，前圍造型飽滿使其有親和力，前大燈張揚且炯炯有神，前部長鼻子造型線條流暢，富有靈性，后圍造型整體富有層次而有形。

2) 全承載車身骨架。采用高強度鋼、封閉環(huán)結構骨架和張拉蒙皮車身，前后圍整體式?jīng)_壓覆蓋件，在有效提高車身剛度和強度的同時使整車重量大大降低。采用整車骨架陰極電泳技術，大大延長整車骨架的使用壽命。

3) 駕駛區(qū)。整體式儀表臺豪華大方，按鈕觸手可及，可調(diào)節(jié)豪華駕駛員座椅，根據(jù)人機工程學來布置的駕駛區(qū)，處處體現(xiàn)出人性化設計，有效地降低駕駛員的工作強度，降低駕駛員長時間駕駛的疲勞感，保證駕車安全。

4) 內(nèi)飾。車身內(nèi)飾軟化處理，采用阻燃性能好的高品質(zhì)材料，專用學童座椅，全車安全帶，配置高級立體音響和視聽設備，提供舒適、優(yōu)雅的空間。

5) 整體式翻轉引擎蓋。前圍引擎蓋采用整體式翻轉結構，方便對發(fā)動機艙內(nèi)部進行檢修。

6) 主動安全性。搭載TOPVIEW全景環(huán)視、車道偏離報警、全車自動破窗器、自動滅火裝置、緊急逃生門等一系列主被動安全技術；同時，車輛配備的 “智慧校車運營管理系統(tǒng)”，可以實時對駕駛員、學生、車輛的行為活動進行智能化監(jiān)控，確保校車運營安全。

1.2 底盤設計特點

1) 配置符合國Ⅳ排放標準的玉柴YC6J210N-40直列、中冷、渦輪增壓LNG發(fā)動機，裝配美國全套進口電控供氣裝置、點火系統(tǒng)和發(fā)動機管理系統(tǒng)，配天然氣三元催化排氣后處理系統(tǒng)，額定功率/轉速為155 kW/2 500 r/min,最大扭矩/轉速為710 N·m/1 500 r/min,發(fā)動機還配置限速裝置，最高車速不大于80 km/h[1]。

2) 校車專用底盤制動器總成，按前盤后鼓形式配置，東風德納系列前、后橋，主減速器為精磨齒輪；后橋制動蹄片為加寬形式。

3) 前雙向阻尼筒式減振器和前后少片簧組合式設計，配合橫向穩(wěn)定桿減噪固定結構，穩(wěn)定性好，有效降低前懸架噪聲，大大提高了整車的駕乘舒適性。

4) 采用雙回路氣壓制動系統(tǒng)(行車制動)，儲能彈簧駐車制動，成熟可靠的動力轉向器，配置電渦流緩速器(輔助制動)，ABS及制動間隙調(diào)整臂，集中潤滑系統(tǒng)，提高車輛的主動安全性。

1.3 LNG供氣系統(tǒng)

LNG供氣系統(tǒng)由LNG鋼瓶、電控調(diào)壓器、汽化器、液位儀、空氣濾清器、緩沖罐、安全裝置(如過流閥、安全閥和防爆片)以及一系列閥件(如充液閥、截止閥和單向閥等)、混合器等組成，其工作原理如圖1所示[2-3]。

圖1 LNG供氣系統(tǒng)工作原理圖

當發(fā)動機啟動，主安全閥門打開，LNG鋼瓶內(nèi)的LNG通過鋼瓶自身的壓力，通過控制閥和燃料限流閥進入汽化器中。汽化器通過發(fā)動機回水對LNG加熱，在汽化器中LNG被汽化成氣態(tài)天然氣。當氣體通過調(diào)壓器時，該系統(tǒng)采用電控調(diào)壓方式來控制天然氣量，最后天然氣與經(jīng)過空氣濾清器過濾后的空氣在混合器中混合成為發(fā)動機的燃料[4-5]。為了增加供氣管路上的氣體容量，在發(fā)動機負荷發(fā)生變化時，保持供氣壓力的相對穩(wěn)定，在LNG汽車的供氣管路上，還裝有天然氣緩沖罐。

2 設計關鍵

2.1 車載LNG鋼瓶的選擇

車用LNG 鋼瓶一般分為常規(guī) LNG 鋼瓶和增壓 LNG 鋼瓶。鋼瓶最佳使用壓力在0.8～1.2 MPa之間，本車選擇增壓LNG鋼瓶，保證鋼瓶壓力不小于0.8 MPa， 鋼瓶通常采用高真空多層纏繞絕熱型式，如圖2所示[6]。

1—一級安全閥; 2—二級安全閥; 3—過流閥; 4—充液單向閥; 5—放空閥; 6—信號盒; 7—回氣閥; 8—壓力表閥; 9—經(jīng)濟調(diào)節(jié)器; 10—增壓回氣軟管; 11—增壓閥; 12—增壓出液軟管; 13—升壓調(diào)節(jié)器圖2 LNG 鋼瓶示意圖

鋼瓶容積的選擇:LNG汽車的續(xù)駛里程一般在400～500 km,與燃油汽車相當[7],參考此續(xù)駛里程來選擇合適的鋼瓶。10 m校車主要用于學校接送學生用，每天接送學生兩趟，行駛里程約為 140 km，每3天加一次LNG,3天校車行駛里程為420 km，選用的LNG鋼瓶容積至少要滿足這個續(xù)駛里程。10 m校車的百公里CNG氣耗量約為35 m3，行駛420 km需要氣耗量約為4.2×35=147 m3。壓縮天然氣(CNG)在- 162 ℃低溫下由氣態(tài)變?yōu)橐后w，其體積僅為氣態(tài)的1/625[8],則所需LNG量為147 × 1 000 /625=235 L。由于每個鋼瓶的LNG都不能使用完，需要有保底容積，因此選用的鋼瓶容積要大于235 L。根據(jù)鋼瓶廠家提供的產(chǎn)品系列型號，選擇在 10 m 長左右的LNG 校車上裝配275 L 的 LNG 鋼瓶。

2.2 LNG鋼瓶的布置

LNG鋼瓶常用的布置方式有后置和中置兩種，XMQ6100AS校車是發(fā)動機前置，平地板結構，后圍帶安全門，鋼瓶后置沒有空間，所以采用中置方案。車輛左側布置電瓶和加熱器，LNG鋼瓶縱向布置在車輛右側中部，并在鋼瓶外部增加防護欄，防護欄內(nèi)側增加橡膠墊帶；LNG汽化器和LNG緩沖罐組件布置在鋼瓶前部，加液面板安裝在鋼瓶后部，如圖3所示。

1—加液面板； 2—LNG鋼瓶； 3—汽化器； 4—LNG緩沖罐； 5—發(fā)動機總成； 6—防護欄； 7—加熱器； 8—電瓶圖3 LNG鋼瓶右側縱向布置示意圖

此布置方式的優(yōu)點是整車載荷較平均，且鋼瓶的拆裝及平時的維護與檢查也都比較方便，采用此布置方式也可使加液面板的布置比較合理，使整個供氣系統(tǒng)比較緊湊。但是在鋼瓶布置和安裝過程中需注意以下幾點：

1) 鋼瓶側布置縱向安裝時，鋼瓶的閥門、儀表端應朝向車輛后部，鋼瓶安裝后任何部分不得超出車輛外部輪廓邊緣?？紤]到檢修問題，鋼瓶的閥門、儀表端位置與后部還應保留400 mm以上的可操作空間。

2) 鋼瓶與發(fā)動機排氣管的距離應不小于200 mm；當距離小于200 mm時應有可靠的隔熱裝置，避免鋼瓶直接受熱。

3) 鋼瓶安裝在右側獨立的行李艙內(nèi)，要考慮內(nèi)部通風散熱問題，鋼瓶底部封板要開散熱孔，外側行李艙門也需要開格柵孔，保證通風、換氣。

4) 加液面板應安裝牢固，固定構件應具有足夠的強度和剛度，應能滿足加氣槍、回氣槍正常的對接和分離操作。加液口的位置和高度要考慮安全防護要求并且便于加液操作,加液口離地高度應不低于500 mm而不高于1 300 mm，加液口與車輛外廓邊緣的距離應不小于50 mm[9]。

5) 利用發(fā)動機冷卻水作為汽化器的加熱源，安裝時應當注意LNG進口與冷卻水的進口方向一定要相同(并流方式)，否則汽化器出口的溫度可能過高,或者冬天汽車啟動時汽化器結霜甚至結冰。汽化器的安裝位置應盡量離鋼瓶出液口近，最遠不大于 3 m，否則可能造成汽化能力下降。

6) 鋼瓶在充裝前應當檢查低溫進液口內(nèi)是否有水分、雜質(zhì)等，如有水分，在充液時，水分會迅速凝結成冰塊。而冰塊有可能堵塞進液閥和低溫進液口甚至進入瓶內(nèi)。堵塞造成低溫進液口和進液閥等關閉不嚴而產(chǎn)生泄露，甚至造成密封面的損壞。如果冰塊進入鋼瓶內(nèi)部，可能會在出液過程中堵塞在出液閥處，造成供液不暢，使得發(fā)動機動力不足甚至無法啟動。如有雜質(zhì)，雜質(zhì)進入發(fā)動機則有可能造成發(fā)動機的損壞。所以在充液前，應當確保水分和雜質(zhì)被完全清除干凈。另外還要查看鋼瓶壓力表是否為0，如果為0，應當對鋼瓶進行吹掃，氣密性重檢后再進行充裝。如果發(fā)現(xiàn)鋼瓶外表有結露或結霜現(xiàn)象，則不能充裝，必須把鋼瓶返廠維修。

2.3 LNG鋼瓶支座的設計

LNG鋼瓶的安裝支座應當具有防止鋼瓶出現(xiàn)振動、松動、滑移或旋轉的功能。鋼瓶采用環(huán)型抱箍固定，抱箍與鋼瓶之間、鋼瓶與固定支座之間增加厚度為5 mm的橡膠墊，固定螺栓采用高強度螺栓，并帶鎖止功能。為防止鋼瓶左右晃動，甚至脫落，鋼瓶采用半圓型支座進行固定，如圖4所示。

1—環(huán)型抱箍； 2—LNG鋼瓶； 3—鋼瓶支座； 4—固定托架圖4 鋼瓶支座結構示意圖

275 L鋼瓶(充滿)重量290 kg,鋼瓶支座及下部固定托架骨架結構都進行加強處理，下部固定托架采用兩根縱向的槽型折彎件50 mm × 100 mm × 50 mm,厚度6.0 mm,橫向均勻布置了6根相同規(guī)格的槽型件，保證了足夠的強度。

2.4 供氣管路的布置

LNG 供氣系統(tǒng)管路一般分成兩部分: 一部分是從加液面板到LNG鋼瓶，再經(jīng)過汽化器到LNG緩沖罐，這部分連接管路是由 LNG 鋼瓶生產(chǎn)廠家提供; 另一部分是從LNG緩沖罐到發(fā)動機，這部分軟管一般由主機廠自己配置(緩沖罐出氣軟管)和發(fā)動機廠家配置(電控調(diào)壓閥及低壓進氣軟管)。在管路布置中應注意:

1) 管路應排列整齊，布置合理，不應與相鄰部件碰撞或摩擦，管路固定卡間距不大于600 mm[10]。

2) 低溫管路與車輛的電氣線路、 油管路、水管路、 氣管路等不耐低溫的線路以及車架之間要保持 20 mm 以上的距離。

3) 要設置放空管路，其放空口應位于車輛頂部，并應設置保護罩，以防止雨水、灰塵進入。

4) 在LNG緩沖罐進入發(fā)動機的管路系統(tǒng)中應當設置低壓濾清器，過濾管道系統(tǒng)中的鐵屑、灰塵等雜質(zhì)，以免對發(fā)動機造成損傷。

5) 由于LNG的液氣比較高，LNG一旦泄漏將非常危險，所以供氣系統(tǒng)管路不僅要進行氣密性試驗，同時還要進行低溫冷試。另外還需要增加漏氣報警裝置，以提高其安全性。

3 結束語

天然氣燃料汽車，與汽柴油汽車相比，具有一定的環(huán)保性，目前發(fā)展比較成熟，已形成了生產(chǎn)、儲運、綜合應用等完整的產(chǎn)業(yè)鏈。天然氣汽車技術日益成熟，在市場上的占有率也越來越大，其相對汽柴油汽車的競爭優(yōu)勢也越來越明顯。 未來天然氣在校車上的應用也會越來越普及。

參考文獻：

[1] 全國汽車標準化技術委員會.專用校車安全技術條件:GB 24407-2012[S].北京:中國標準出版社， 2012:4.

[2] 劉力楠,王玉紅.LNG供氣系統(tǒng)在城市公交上的應用[J].大眾科技,2014,16(5):46-47.

[3] 黃海波.壓縮天然氣汽車改裝與維修[M].成都:四川科學技術出版社,1999:125-135.

[4]《汽車工程手冊》編輯委員會.汽車工程手冊[K].北京:人民交通出版社,2001:5-7.

[5] 辛康智.LNG車供氣系統(tǒng)的應用研究[J].陜西汽車制造,2008,4(6):7-8.

[6] 陸瑞輪.LNG客車供氣系統(tǒng)的安裝設計[J].汽車零部件,2013,8(2)：84-86.

[7] 袁仲榮.我國LNG城市客車的發(fā)展前景[J].汽車零部件,2011,6(6)：74-76.

[8] 全國天然氣標準化技術委員會.液化天然氣的一般特性:GB/T 19204-2003[S].北京:中國標準出版社,2003:1-2.

[9] 全國汽車標準化技術委員會.液化天然氣客車技術要求:JT/T 1028-2016[S].北京:人民交通出版社,2016:2.

[10] 全國汽車標準化技術委員會.液化天然氣汽車專用裝置安裝要求:GB/T 20734-2006[S].北京:中國標準出版社, 2007:2.