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摘 要：文章在阐述天然气为汽车代用燃料优点的基础上，对LNG/柴油双燃料汽车改装技术进行了重点解析，最后指出开发天然气汽车是汽车发展的新方向，也是解决能源紧缺和环境污染的有效方法。
关键词：LNG;双燃料汽车;改装技术
中图分类号：U464.173 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）06-0009-01
随着经济的飞速发展，我国汽车保有量飞速增加，伴随而来的是能源紧缺和环境污染问题，代用燃料应用研究已经成为汽车工业发展的一个重要方向。作为汽车代用燃料，天然气具有储量丰富、高辛烷值、污染小、技术成熟等优点，是解决能源紧缺和环境污染问题的有效方法。LNG/柴油双燃料汽车以其行驶里程长、改装容易操作、油耗小、排放低等优点正受到人们的重视。
1 天然气汽车的优点
天然气是甲烷、乙烷、丙烷和丁烷等烷烃的混合物，同时还含有如乙烯等少量的烯烃及极其微量的硫化氢和氮气。天然气汽车可以以压缩天然气（CNG）和液化天然气（LNG）作为代用燃料。天然气作为汽车代用燃料已有数十年历史。常压下，天然气沸点为-162 ℃，液化后的天然气体积缩小为原来的1/600。液化天然气的甲烷含量大于98%，性质接近于甲烷。常温下，压力为20 MPa的压缩天然气密度为175 kg/m3，液化天然气的密度为435 kg/m3。
相比于传统燃料，天然气含有很少的硫，不含芳香烃，其微粒排放明显降低。另外，由于天然气不含C-C键，其碳烟排放也非常低。自从1930年首次应用在汽车上，天然气已经被作为轿车、轻型卡车和城市公交车等各种汽车的燃料。
2 LNG/柴油双燃料汽车改装技术
2.1 LNG/柴油双燃料汽车的改装
LNG/柴油双燃料汽车改装指在保持原发动机不变的基础上加装LNG储供气装置和LNG/柴油双燃料控制系统，使车辆由以单一燃料柴油转变为以柴油和LNG混合燃料。与传统柴油机汽车相比，LNG/柴油双燃料汽车在结构上的变动主要在于增加LNG储供气系统。经过改装过后的混合燃料汽车仍然采用原车的行驶系、转向系、制动系及电器系等。
2.2 LNG/柴油双燃料汽车改装程序
2.2.1 车载LNG储供气系统
车载LNG储供系统中的减压调节/混合器等元件安装在车辆纵梁或发动机机舱内，对于不同车型安装位置和储气瓶个数不同。LNG气瓶有侧置和横向后置两种安装形式，侧置式气瓶安装在车辆纵梁左/右侧;横向后置式气瓶安装在驾驶室后部的车架上。气瓶均采用钢制固定带安装在气瓶支架上，自增压装置、缓冲罐及气化装置通过紧固件与固定支架连接为一体，为了方便补液，安装时需要使加液口的方向朝外。为了减少LNG自蒸发损失和低温对管阀件材质产生的影响，多气瓶供给管路系统采用并联方式连接共同使用一套气化装置与缓冲罐。发动机工作过程中的冷却水作为LNG气化的热量，为了减短管线的路径从而减少管路压力损失与减少热传导，汽化器装置的位置应尽量靠近气瓶。燃气储供气系统还包括连接液位仪，在气瓶内的电容传感器可将气瓶内的LNG液位高度电信号传送给信号盒，处理后传递到LNG车载显示仪上。由于电信号不受介质状态和压力的影响，能够精确反映气瓶内燃料存量，适应汽车加速、爬坡、刹车、转弯等运行工况变化所带来的瞬时影响。将LNG车载多参数显示仪放置在驾驶室，方便驾驶员观察气瓶内压力和液位等参数变化情况，便于及时泄压和补充燃料。
2.2.2 控制系统的改装
电控系统主要由电控单元（双燃料ECU）、传感器、油气转换开关、电源转换器等组成。在汽车工作过程中双燃料ECU根据所监测到的车辆行驶速度、油门踏板位置、发动机瞬时转速等参数，经过ECU运算后对执行器输出控制命令，分别控制进入发动机的柴油、天然气与空气的量，使三者合理配比。改装时保留原机控制系统，添加双燃料ECU涉及的主要零部件，涉及传感器部分仅是电路的连接，并未有实质改动，其中有些传感信号从原机ECU获得。双燃料ECU是LNG/柴油双燃料控制系统的核心部件，采集各传感器数据，结合控制策略，控制燃料供给。ECU可以安装在驾驶室内仪表台下，要求通风散热条件良好，ECU不能受重物碰撞。
为了把原车24 V电压转换为控制系统所需电压，为双燃料控制系统提供稳定的供电，需要安装电源转换器。电源转换器安装在ECU附近，安装位置应做到防水防油，散热良好。指示燈和接头方向向下，接头插拔容易。壳底与安装处应良好导通接地。为了方便驾驶员操控燃料模式切换的油气切换开关，选择发动机的燃料状态，无论发动机在运行状态还是在待机状态都能自由切换，保证发动机平稳过渡。油气切换开关应该安装在驾驶室仪表附近，便于驾驶员操作。为了把LNG组合阀出口的不稳定压力调整为喷嘴工作需要的压力，需要安装燃气减压器，安装位置应远离高温环境。燃气喷嘴的选用、安装需要根据发动机供气方式进行确定。
2.2.3 发动机的改装
LNG/柴油双燃料汽车的发动机改装较小，机械部分一般都不作改动，仅需要对线束等进行调整。双燃料系统改装完成后应当进行燃气系统气密性检查及控制系统调试，以保证双燃料系统的安全性及可靠性。
3 结 语
天然气被认为是目前世界上最清洁的石化燃料，其主要成分为CH4，H/C体积比接近3.8，在所有碳氢燃料中最高。尽管天然气也是不可再生能源，但在全世界范围内，天然气的储存量要比石油储量大的多。柴油机凭借优良的动力性、经济性、降低的HC与CO排放等优点，在各类车辆上得到了广泛的应用。但PM颗粒与NOx较高，为了满足苛刻的环保法规的要求，降低柴油机的PM颗粒和NOx排放已经迫在眉睫。因此，开展现有车辆改装LNG为LNG/柴油双燃料机车，对节能减排具有重要的实践意义。
参考文献：
[1] Kumar S，Kwon H，Choi K，et al.LNG：An eco-friendly cryogenic fuel for sustainable development[J].Applied Energy，2011，（12）.
[2] Ma Z，Huang Z，Li C，et al.Combustion and emission characteristics of a diesel engine fuelled with diesel--propane blends[J].Fuel，2008，（8）.
[3] Karavalakis G，Durbin T D，Villela M，et al.Air pollutant emissions of light-duty vehicles operating on various natural gas compositions[J]. Journal of Natural Gas Science and Engineering，2012.
[4] Ong H C，Mahlia T M I，Masjuki H H.A review on energy pattern and policy for transportation sector in Malaysia[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews，2012，（1）.
[5] 姚春德，刘增勇，高昌卿，等.柴油引燃预混天然气准均质压燃着火过程的研究[J].内燃机学报，2003，（1）.
[6] 李小华，蔡忆昔，罗福强，等.柴油机燃烧压力波动特性的试验研究[J].车用发动机，2004，（2）.
[7] 郑金保，缪雪龙，王先勇，等.柴油机预混合燃烧循环变动特性研究[J].内燃机工程，2011，（1）.
[8] 李占成，罗福强，黄贤龙，等.增压中冷柴油机循环波动特性及影响因素分析[J].小型内燃机与摩托车，2007，（3）.
关键词：LNG;双燃料汽车;改装技术
中图分类号：U464.173 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）06-0009-01
随着经济的飞速发展，我国汽车保有量飞速增加，伴随而来的是能源紧缺和环境污染问题，代用燃料应用研究已经成为汽车工业发展的一个重要方向。作为汽车代用燃料，天然气具有储量丰富、高辛烷值、污染小、技术成熟等优点，是解决能源紧缺和环境污染问题的有效方法。LNG/柴油双燃料汽车以其行驶里程长、改装容易操作、油耗小、排放低等优点正受到人们的重视。
1 天然气汽车的优点
天然气是甲烷、乙烷、丙烷和丁烷等烷烃的混合物，同时还含有如乙烯等少量的烯烃及极其微量的硫化氢和氮气。天然气汽车可以以压缩天然气（CNG）和液化天然气（LNG）作为代用燃料。天然气作为汽车代用燃料已有数十年历史。常压下，天然气沸点为-162 ℃，液化后的天然气体积缩小为原来的1/600。液化天然气的甲烷含量大于98%，性质接近于甲烷。常温下，压力为20 MPa的压缩天然气密度为175 kg/m3，液化天然气的密度为435 kg/m3。
相比于传统燃料，天然气含有很少的硫，不含芳香烃，其微粒排放明显降低。另外，由于天然气不含C-C键，其碳烟排放也非常低。自从1930年首次应用在汽车上，天然气已经被作为轿车、轻型卡车和城市公交车等各种汽车的燃料。
2 LNG/柴油双燃料汽车改装技术
2.1 LNG/柴油双燃料汽车的改装
LNG/柴油双燃料汽车改装指在保持原发动机不变的基础上加装LNG储供气装置和LNG/柴油双燃料控制系统，使车辆由以单一燃料柴油转变为以柴油和LNG混合燃料。与传统柴油机汽车相比，LNG/柴油双燃料汽车在结构上的变动主要在于增加LNG储供气系统。经过改装过后的混合燃料汽车仍然采用原车的行驶系、转向系、制动系及电器系等。
2.2 LNG/柴油双燃料汽车改装程序
2.2.1 车载LNG储供气系统
车载LNG储供系统中的减压调节/混合器等元件安装在车辆纵梁或发动机机舱内，对于不同车型安装位置和储气瓶个数不同。LNG气瓶有侧置和横向后置两种安装形式，侧置式气瓶安装在车辆纵梁左/右侧;横向后置式气瓶安装在驾驶室后部的车架上。气瓶均采用钢制固定带安装在气瓶支架上，自增压装置、缓冲罐及气化装置通过紧固件与固定支架连接为一体，为了方便补液，安装时需要使加液口的方向朝外。为了减少LNG自蒸发损失和低温对管阀件材质产生的影响，多气瓶供给管路系统采用并联方式连接共同使用一套气化装置与缓冲罐。发动机工作过程中的冷却水作为LNG气化的热量，为了减短管线的路径从而减少管路压力损失与减少热传导，汽化器装置的位置应尽量靠近气瓶。燃气储供气系统还包括连接液位仪，在气瓶内的电容传感器可将气瓶内的LNG液位高度电信号传送给信号盒，处理后传递到LNG车载显示仪上。由于电信号不受介质状态和压力的影响，能够精确反映气瓶内燃料存量，适应汽车加速、爬坡、刹车、转弯等运行工况变化所带来的瞬时影响。将LNG车载多参数显示仪放置在驾驶室，方便驾驶员观察气瓶内压力和液位等参数变化情况，便于及时泄压和补充燃料。
2.2.2 控制系统的改装
电控系统主要由电控单元（双燃料ECU）、传感器、油气转换开关、电源转换器等组成。在汽车工作过程中双燃料ECU根据所监测到的车辆行驶速度、油门踏板位置、发动机瞬时转速等参数，经过ECU运算后对执行器输出控制命令，分别控制进入发动机的柴油、天然气与空气的量，使三者合理配比。改装时保留原机控制系统，添加双燃料ECU涉及的主要零部件，涉及传感器部分仅是电路的连接，并未有实质改动，其中有些传感信号从原机ECU获得。双燃料ECU是LNG/柴油双燃料控制系统的核心部件，采集各传感器数据，结合控制策略，控制燃料供给。ECU可以安装在驾驶室内仪表台下，要求通风散热条件良好，ECU不能受重物碰撞。
为了把原车24 V电压转换为控制系统所需电压，为双燃料控制系统提供稳定的供电，需要安装电源转换器。电源转换器安装在ECU附近，安装位置应做到防水防油，散热良好。指示燈和接头方向向下，接头插拔容易。壳底与安装处应良好导通接地。为了方便驾驶员操控燃料模式切换的油气切换开关，选择发动机的燃料状态，无论发动机在运行状态还是在待机状态都能自由切换，保证发动机平稳过渡。油气切换开关应该安装在驾驶室仪表附近，便于驾驶员操作。为了把LNG组合阀出口的不稳定压力调整为喷嘴工作需要的压力，需要安装燃气减压器，安装位置应远离高温环境。燃气喷嘴的选用、安装需要根据发动机供气方式进行确定。
2.2.3 发动机的改装
LNG/柴油双燃料汽车的发动机改装较小，机械部分一般都不作改动，仅需要对线束等进行调整。双燃料系统改装完成后应当进行燃气系统气密性检查及控制系统调试，以保证双燃料系统的安全性及可靠性。
3 结 语
天然气被认为是目前世界上最清洁的石化燃料，其主要成分为CH4，H/C体积比接近3.8，在所有碳氢燃料中最高。尽管天然气也是不可再生能源，但在全世界范围内，天然气的储存量要比石油储量大的多。柴油机凭借优良的动力性、经济性、降低的HC与CO排放等优点，在各类车辆上得到了广泛的应用。但PM颗粒与NOx较高，为了满足苛刻的环保法规的要求，降低柴油机的PM颗粒和NOx排放已经迫在眉睫。因此，开展现有车辆改装LNG为LNG/柴油双燃料机车，对节能减排具有重要的实践意义。
参考文献：
[1] Kumar S，Kwon H，Choi K，et al.LNG：An eco-friendly cryogenic fuel for sustainable development[J].Applied Energy，2011，（12）.
[2] Ma Z，Huang Z，Li C，et al.Combustion and emission characteristics of a diesel engine fuelled with diesel--propane blends[J].Fuel，2008，（8）.
[3] Karavalakis G，Durbin T D，Villela M，et al.Air pollutant emissions of light-duty vehicles operating on various natural gas compositions[J]. Journal of Natural Gas Science and Engineering，2012.
[4] Ong H C，Mahlia T M I，Masjuki H H.A review on energy pattern and policy for transportation sector in Malaysia[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews，2012，（1）.
[5] 姚春德，刘增勇，高昌卿，等.柴油引燃预混天然气准均质压燃着火过程的研究[J].内燃机学报，2003，（1）.
[6] 李小华，蔡忆昔，罗福强，等.柴油机燃烧压力波动特性的试验研究[J].车用发动机，2004，（2）.
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[8] 李占成，罗福强，黄贤龙，等.增压中冷柴油机循环波动特性及影响因素分析[J].小型内燃机与摩托车，2007，（3）.