任杰

NG客車加熱器系統(tǒng)設計與研究

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)設計，實現(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成為全球關注的焦點。近年來，時常出現(xiàn)的霧霾天氣籠罩著中國大部分地區(qū)，造成較為嚴重的空氣污染，直接威脅著人們的健康和生存［1］。根據(jù)調查，機動車排放為城市PM2.5的主要來源，約占1/4。節(jié)能、減排已經成為中國汽車工業(yè)發(fā)展的新航標。因此，NG（National Gas）客車以其節(jié)能、環(huán)保、經濟等特點已得到全面發(fā)展。市場調研發(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，不但可以與燃氣客車相配套，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，滿足客車技術發(fā)展的需要［2］。

1　NG暖風系統(tǒng)設計方案

客車常用的暖風系統(tǒng)是以柴油為燃料的水暖式暖風系統(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，如何實現(xiàn)發(fā)動機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客車上匹配的關鍵技術之一；實現(xiàn)多工況下加熱器和發(fā)動機的正常工作，是匹配技術的又一關鍵技術。

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，需要經過二級減壓后才能供給發(fā)動機使用；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年實施了QC/T 769-2006《汽車燃氣加熱器》行業(yè)標準［5］，但目前國內采用燃氣加熱器的客車非常少。本文以某型12 m LNG客車為例，對NG加熱器進行分析。首先，根據(jù)整車要求，對NG加熱器進行方案設計。方案設計的參數(shù)選擇如表1所示。

表1　NG加熱器方案參數(shù)表

燃氣加熱器與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)動機相似，且燃氣壓力范圍為0.85～1.2 MPa［6］。因此，燃料供給系統(tǒng)的設計需要與整車的燃氣系統(tǒng)相結合。

2　NG客車燃料系統(tǒng)設計

一般LNG客車的燃氣系統(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、燃氣濾清器、穩(wěn)壓器、電磁閥等組成。結構原理如圖1所［7］。

LNG燃料是超低溫液體，需要經過汽化器汽化變成氣態(tài)才可以供給發(fā)動機或者加熱器使用。汽化器結構是通過螺旋管壁式結構使熱水與LNG進行熱交換，把低溫液態(tài)的LNG加熱進行汽化［8-9］。為保證起步或加速時的燃氣供給，在汽化器后設置緩沖罐，提前存儲一部分汽化好的氣體供使用。由圖1所示原理圖結合NG加熱器的工作介質可以得出，NG加熱器與發(fā)動機的燃料系統(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)動機和加熱器同時使用時的燃料需求。按照整車匹配的LNG發(fā)動機的參數(shù)以及上述選取的NG加熱器的工作參數(shù)，經過計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加熱器的燃氣供給系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

3　汽化器水路設計

汽化器工作一般在發(fā)動機起動之后，特別需要注意汽化器的取水點要設置在發(fā)動機總循環(huán)管路上，以保證發(fā)動機大小循環(huán)水路時，汽化器都能取到熱水，從而使發(fā)動機的循環(huán)水經過汽化器把超低溫的LNG燃料進行汽化，以持續(xù)不斷供給發(fā)動機使用。發(fā)動機正常起動后，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)動機中取熱水對液態(tài)的LNG燃料進行加熱汽化后燃料進入緩沖罐，用于加熱過的水回到發(fā)動機繼續(xù)隨發(fā)動機運轉升溫；緩沖罐中儲存的氣態(tài)燃料一路供給發(fā)動機，另一路供給燃氣加熱器。燃氣加熱器從發(fā)動機取水，通過加熱器工作，水溫上升進入散熱器，散熱器把熱水的熱量在車內進行散熱達到給車內取暖的目的，如此往復，實現(xiàn)加熱器的加熱功能；散熱之后的水路回到發(fā)動機，如圖3所示。其中實線箭頭指向為燃料走向；虛線箭頭指向為水路走向。

在冬天溫度較低時，駕駛員往往是先開啟加熱器給車內預熱［10］。因為發(fā)動機不工作而導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，把加熱器的水路引入到汽化器，確保在單獨開啟加熱器時汽化器也能正常工作。即在圖3中添加燃氣加熱器到汽化器的水路系統(tǒng)（線框內的虛線箭頭走向）。

這樣在同時開啟發(fā)動機及加熱器時，汽化器由兩路水路分別供給。發(fā)動機及加熱器均設置水泵，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起動時，水路由加熱器供給；而只要在發(fā)動機起動時，水路均由發(fā)動機供給。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水管路，電磁閥接入整車電源及發(fā)動機起動電路。當整車電源接通時，電磁閥閉合，加熱器供給汽化器的水路開通；當電磁閥同時接收到整車電源和發(fā)動機起動電源信號時，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。其中粗實線箭頭指向為燃料走向；虛線箭頭指向為水路走向；細實線是指連接的電路。

4　結束語

通過樣車打造，并對樣車進行測試，發(fā)動機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燃氣車，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現(xiàn)。隨著國家節(jié)能減排工作的逐步推進，NG加熱器必將在NG客車上廣泛實現(xiàn)，進一步提高整車的節(jié)能減排效果。

［1］邊耀璋，等.汽車新能源技術［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，2003.5.

［3］賴志藝.客車水暖式暖風系統(tǒng)設計關鍵事項［J］.機電技術，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，汽車燃氣加熱器［S］.

［6］逄學艷，郭彬，毛華永，等.車用液化天然氣加熱器性能的試驗研究［J］.內燃機與動力裝置，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，2014.6.

［8］李多金.LNG汽車燃料汽化器設計與實驗研究［J］.低溫與超導，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.獨立式車用加熱器的功能分析［J］.客車技術與研究，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研究［J］.內燃機與動力裝置，2012，（4）：8-13.

［12］逄學艷.車用YJT-Q30液體天然氣加熱器的性能試驗研究［D］.濟南：山東大學，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)化設計。