LNG汽车改装关键技术专项方案.doc

LNG汽车改装
LNG：如将天然气液化(常压下-162℃)后，装入低压保温容器中放在汽车上，就是LNG Liquefied Natural Gas)汽车，也就是液化天然气汽车。
LNG和CNG比较存在优势
现在，天然气汽车开发应用中使用较多是CNG燃料，不过在实际应用中碰到了很多较难处理问题，比如CNG车辆行驶里程短、燃气纯度不高、CNG钢瓶自重大、燃气经济性不太理想、安全性较差等，尤其是续驶里程短问题使CNG汽车不能很好远行，从而限制其广泛应用[l7]。和cNG燃料相比，LNG燃料是采取液态存放方法，而且开发和使用上含有更多优点:
1)LNG比CNG更纯净。在LNG生产过程中，首先需要对天然气进行净化工作，以后脱除其它杂质成份，于是LNG变得愈加纯净，然后对其加压和制冷液化处理，所以LNG比CNG含有愈加好清洁性;
2)LNG含有良好经济性。LNG价格比汽、柴油要廉价很多，同时LNG汽车自重比CNG汽车轻，所以在相同行驶旅程下，消耗燃料也少;
3)LNG是很安全燃料。车用LNG储存压力通常在0.1一1.IMPa，而CNG储存压力通常在20MPa以上，另外和CNG相比，LNG含有更高爆炸极限，所以其安全性能也愈加好。
4)LNG比CNG储存效率高，所以比CNG储存能量密度，汽车续驶里程大大增加，由此可见LNG汽车续驶里程较长。LNG储存能量密度是CNG几倍，所以愈加适合应用在长途汽车上。
LNG汽车和CNG汽车应用比较：
比较项目
LNG汽车
CNG汽车
车载钢瓶
LNG钢瓶 规格：450L；数量：1个
CNG钢瓶 规格：90L；数量：5个
可充装量Nm³
258
90
充装后行驶距离 (以公交车为例)
550—600公里
200—210公里
和柴油车费用差额
8—10万
6—8万
充装次数
2天1次
1天2次
充装速度
2—4分钟
7—8分钟
安全性
低温常压存放，安全系数较高
20Mpa高压储存

LNG汽车改装
（一）汽油车改装
　　使用天然气作为燃料工作原理和原来汽油机相同。将高压气瓶中储存天然气经过减压后送到混合器中，在此和空气混合，进入汽缸。仍然使用原汽油机点火系统中火花塞点火。原汽油机压缩比不改变，原来发动机结构基础不变，只是另外加上天然气储气瓶、减压阀及对应开关。改装费用较低，而且用天然气或汽油两种燃料全部能够工作，即使天然气抗爆性很好，许可在较高压缩比下工作，但因为在改装时为了使原发动机仍可用汽油工作，故原发动机压缩比没有改变，发动机功率要损失10%～20%。为了降低功率损失，可在改装时把原来汽油机压缩比提升(最简单措施是将汽缸盖刨去一部分)，并改变点火提前角以适应天然气工作需要。这么即使能够降低工率损失，但再用汽油工作时将会有产生爆震危险，甚至于不能工作。难以回到原来汽油机工作方法。所以现在汽油车改装时，发动机压缩比通常保持不变。
1、汽油发动机改烧天然气内容：
（1）降低发动机排气温度和冷却系统改造
（2）发动机润滑油冷却改造
（3）发动机门座圈改造
2．汽油车改车技术路径：
改车路线
燃料
优点
缺点
两用燃料车
可转换使用天然气和汽油
灵活，适适用于站少加气不便地域
尾气治理不完全
发动机结构参数几乎不做改造，热效率不高，经济型差
天然气
单燃料车
仅使用天然气
热效率较高，经济好
改车费用略低

对加气站布点要求方便

3． 改装费：
4缸汽油车改装费（不含瓶）：开环结构通常在4000—9000元/台
闭环结构通常在5000—10000元/台
4． 进行油改气条件：
出租车进行油改气通常选择车况很好，运行在3年以内。对运行4年以上车，改车后尾气治理效果不显著。
5． 天然气消耗指标：
影响耗气指标原因：车况，路况，行驶车速及变速情况，空调使用情况等。出租车耗汽油指标为7.5—9.8（L/100km），1Nm³天然气替换汽油1.15L，则出租车耗天然气指标为6.5—8.5（Nm³/100km）。
（二）．由柴油机改装天然气汽车：
大、中巴类公交车，长途客运车及各类货车普遍使用柴油车。柴油车采取是迪塞尔式压缩点火内燃机。柴油车改烧天然气，发动机点燃方法有两种：一为火花点燃，二为柴油引燃。
改装能够有两类方法。第一类方法是原柴油机结构基础不变，按电点火方法改装，即按汽油机工作原理(奥托循环)工作。把原来柴油机燃料系统全部去掉，将压缩比降低到天然气所能负担数值(比汽油机高，通常为(8～10)∶1)除了要装天然气燃料系统部件--储气瓶、减压阀、混合器等之外，还要再加上电点火系统，成为只燃烧天然气单燃料天然气汽车。这种改装方法比较简单、技术比较成熟，但不能再用柴油工作，而且发动机功率损失较大，只有原来柴油机65%～70%左右。 第二种方法是原来柴油机燃料系统不变，再加上和上面相同天然气燃料系统，通常压缩比不用改变。发动机汽缸吸入空气和天然气混合气后，由原来柴油喷油器喷入少许柴油作为引燃用。柴油压燃着火以后，点燃了天然气和空气可燃混合气进工作，这就是双燃料天然气发动机。
　　其基础工作原理为：开启时用全柴油，加负荷时空气和燃气混合器负压传到膜片机构上，经过泵杆将柴油高压油泵齿条限上，此时司机再踏下油门踏板时就只增加天然气燃料流量。双燃料工作方法不仅不会损失功率，而且由天然气燃烧性能好，还可比原来柴油机功率略有增加。这是因为柴油机压缩比高，原来过量空气系数较大缘故。这种改装方法对原柴油机变动最少，而且在天然气供给不足时还能够转为全柴油工作。但这种工作方法在中、低负荷时，经济性和排放全部不太好。所以，在不另外增加克服这些不足手段时，不适适用于城市公共汽车。最好是那些长时间处于中、高负荷汽车和长途运输汽车使用这种改装方法。现代技术优异汽车燃料系统大多是用电脑控制电子燃料喷射系统。就是用电脑依据使用工况自动地改变电子喷身阀所喷出汽油或柴油时间、流量和点火时间。如改用天然气作为燃料，需要将汽油或柴油电子喷射阀换成或另外加装天然气电子喷射阀，再改动电脑控制软件等程序，就能够成为燃烧天然气天然气发动机。当然，天然气燃料系统中其它部件和储气瓶、减压阀等还是不可少。
1． 柴油发动机改烧天然气内容：
（1）降低发动机排气温度和冷却系统改造
（2）发动机润滑油冷却改造
（3）发动机气门座圈改造：气门油封更换
（4）新活塞环更换
（5）发动机压缩比降低
（6）新凸轮轴设计
（7）安装新点火系统
（8）发动机缸盖安装火花塞
（9）安装曲轴位置或凸轮轴位置传感器，和信号触发盘
2．柴油车改车技术路径：

改车路线
燃料
优点
缺点
双燃料车
（压缩引燃）
柴油（15%—20%）+天然气（85%—80%）柴油起引燃
动力性能只下降5%
行驶中可恢复烧油规避缺气困境
改车费用略低
两套燃料系统，
环境保护效果低，
替油率略低，
改车控燃比等技术要求高
天然气
单燃料车
（点燃式）
天然气
拆除原燃油系统改成点燃式（同汽油机）
环境保护效果好
全部替换柴油，效益好，
动力性能下降10%—20%，不能恢复烧柴油
3．改装费：
大巴柴油车改装单燃料车费用：6元/台
4．进行油改气条件：
对改车后尾气排放环境治理效果和回收改装费价值而言，油改气汽车适于选择车况好，运行3年以内公交车，长途客车，对运行4年以上车。改车意义不大。
从部分城市经验来看，在原有柴油发动机基础上改车运行效果不理想，提议更换整天然气发动机或使用出厂天然气汽车。
6． 天然气消耗指标：
（1）福建省柴油消耗指标：
市区公交（大巴车）耗柴油指标（L/100km）：40—44
市区公交（中巴车）耗柴油指标（L/100km）：24—28
长途客车（大型车）耗柴油指标（L/100km）：33—37
40吨载货车耗柴油指标（L/100km）：43—47
替换指标：1Nm³天然气替换柴油0.95L
（2）福建省天然气消耗指标：
市区公交（大巴车）耗天然气指标（Nm³/100km）：42—46
市区公交（中巴车）耗天然气指标（Nm³/100km）：25—29
长途客车（大型车）耗天然气指标（Nm³/100km）：35—39
40吨载货车耗天然气指标（Nm³/100km）：45—49
影响耗油，耗气指标原因：车况，路况，行驶车速及变速情况，空调使用情况等。

LNG汽车
基础组成
n  LNG储罐：双层金属真空缠绕绝热容器；
n  调压阀：正确控制供气压力，保持罐内正常压力；
n  气化器：水浴式气化器，发动机冷却水做热源；
n  液位仪：电子式液位指示装置；
n  安全装置：过流阀、安全阀、防爆片；
n  阀件：充液阀、截止阀、单向阀等。
基础步骤
n  充液：LNG由充液口，经单向阀至储罐上方，罐内气体被冷凝，压力下降，充至额定液位时自动停止；
n  供气：发动机开启时，电磁阀打开，LNG在罐内压力作用下流出，进入气化器换热气化，供给发动机。

LNG车用系统步骤简图
（说明：该图要做处理，最好根据此步骤重新绘制，并加注汉字说明。1-LNG售气机，2-进液管，3-加气口，4-液位计，5-储罐，6-经济调整阀，7-汽化器，8-压力调整器）
 基础参数
工作压力：3.5~10bar  
储罐容积：50~400L
保留时间：7天以上       
续驶里程：  轻型车 300~500km 
中型车 400~800km
重型车 500~1000km

北京11米LNG公交客车       北京14米LNG公交客车     长沙8.5米LNG公交客车
LNG汽车改装
n  改装型式
LNG-汽油两用燃料汽车、LNG-柴油双燃料汽车、LNG单燃料汽车；
n  改装标准
NFPA 57        汽车用液化天然气供气系统标准
SAEJ 2343      液化天然气重型卡车推荐标准
n  储罐配置
轻型车：30~80L（1只储罐）
中型车：100~200L（1~2只储罐）
重型车：300~800L（1~2只储罐）

柴油车改LNG\CNG单燃料车改装介绍
一、柴油车辆改装单燃料燃气车关键分三大部分：
•        气瓶安装及管路部署。
•        机舱散热和通风系统改善。
•        发动机大修改造和燃气控制等系统安装。
注：改装前发动机状态正常，能够不做大修，但要尤其注意确保气缸密封性。
二、改装关键内容
1、燃料供给系统
（1）去掉原柴油机高压油、喷嘴及高压油管、油箱；
（2）增加气瓶、燃气钢管、减压器、低压输气软胶囊、喷轨总成；
2、点火系统
（1）柴油机是压燃，没有点火系统；
（2）增加点火线圈、火花塞、高压线、缸盖加工或换新燃气缸盖；
3、控制系统
（1）国Ⅱ柴油机没有电控系统，国Ⅲ柴油机在改装中，原车发动机ECU需要保留下来关键是整车仪表板上相关信息，由原车ECU提供；
（2）增加电子节气门体、电子油门踏板、进气压力传感器、转速传感器、水温传感器、氧传感器、线束、ECU。
4、压缩比
  （1）柴油机压缩比约在17.5:1；（2）单燃料发动机压缩比在10.5~12:1.
5、可靠性
（1）柴油机涡轮增压器采取机油润滑和冷却；
（2）燃气发动机涡轮增压器采取了水冷和机油润滑和冷却方法，确保了增压器工作可靠性和安全性。
6、冷却系
（1）柴油机燃烧温度低，热负荷相对小；
（2）燃气燃烧特征决定燃烧温度比柴油机高，热负荷高，水箱散热面积应在原机水箱基础上加大40%以上。
三、改装车辆燃气供给系统安装
1、压缩天然气瓶组安装
    压缩天然气钢瓶组安装应负荷GB/T19240《压缩天然气汽车专用装置安装要求》要求。改装样车依据车型不一样气瓶安装位置对应改变，只有样车改装定型后，依据车型确定设计改装具体方案。
    压缩天然气钢瓶选定后，应安装在远离热源且车辆外部轮廓内受保护位置，不应对车辆驾驶员产生不利影响。在车架下安装气瓶时，气瓶及其附件不应安装在汽车前桥之前。气瓶不许可采取造成降低气瓶强度和刚度安装方法，应确保车辆在空载和满载状态下载荷分布符合GB7258要求。安装气瓶充气后，车辆最大总质量增加应不超出5%。气瓶安装应牢靠符合规范要求。
2、LNG（液化天然气）气瓶安装
    液化天然气瓶组件安装应符合GB/T20734《液化天然气汽车专用装置安装要求》要求。LNG钢瓶按GB18442《低温绝热压力容器》要求由优质不锈钢制成，用来储存-162℃温度液态天然气。车用LNG钢瓶（分带自增压系统和无自增压系统）装置装有水浴式气化器、管路和稳压器、安全系统、液体充装装置和安全装置等组成，用来确保燃气安全供给。LNG瓶选定后，安装时不应采取造成储气瓶组强度和刚度降低安装方法，不得超出车辆外轮廓边缘，因液化天然气汽车工作时需要使用发动机内循环水加热气化，瓶组安装同时应考虑利于水管部署和安装距离最短。加热水管进口应接在发动机缸盖或缸体水管路上，出水口应接在水泵进水口管路上，以确保循环水对减压器气化加热效果。安全阀释放气体，应引导到一定高度排出车外，以保安全。
3、改装必需加装气体泄漏报警装置。
4、高压电磁阀（CNG车）
  高压电磁阀靠近减压器安装。
发动机改造工艺步骤简约表：
序号        作业内容        检测要求        备注
1        发动机拆解        按车辆改装前要求        在车辆未解体前
2        部件清洗检测                
3        检验曲轴        磨损过大需要更换        
4        检验连杆及活塞销                
5        缸盖加工火花安装孔或更换新缸盖        按图纸要求        新缸盖不需加工
6        换大小瓦        依据情况而定        
7        换气缸垫                
8        换气门座圈                新缸盖不需换
9        气门和气门座圈对研        用煤油检验不渗漏        
10        清洗气门和缸盖座及进气道                
11        装气门弹簧和火花塞等                
12        检验气门密封性                
13        进气歧管加工和焊接法兰                
14        氧传感器安装螺母焊接                
15        换双冷燃气专用增压器                
16        换缸套                磨损情况而定
17        装配燃气机专用活塞        检验活塞环开口间隙        
18        装转速信号盘和传感器等        检验旋转方位和间隙        
19        安装点火圈及支架等                
20        装节流阀体和喷绘                
21        安装发动机其它附件        按发动机安装要求        
22        联接多种管线                
23        在提议台架上热试检验                条件含有话

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