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        CNG車輛快速加氣系統(tǒng)的研究

        2018-05-28 01:39:47郭宇米會學王菲楊志科
        汽車實用技術(shù) 2018年9期
        關鍵詞:氣瓶充氣內(nèi)徑

        郭宇,米會學,王菲,楊志科

        (1.陜西重型汽車有限公司,陜西 西安 710200;

        2.陜西德仕汽車部件(集團)有限責任公司,陜西 西安 710200)

        前言

        目前商用 CNG燃氣車輛為了提高續(xù)航里程大多采用多個氣瓶組合布置的形式作為燃氣供給,但隨之而來的加氣速度問題一直困擾著行業(yè)內(nèi)各方參與人員,加氣速度隨著氣瓶的增多,燃氣供給系統(tǒng)瓶組的增加越來越慢。為此,我們有必要對整個燃氣供給系統(tǒng)進行優(yōu)化,在不增加成本,不改變外圍條件的同時,使系統(tǒng)本身能縮短加氣時間。

        1 CNG燃氣供給原理

        CNG燃氣供給系統(tǒng)一般包括加氣口、單向閥、車用氣瓶、氣壓顯示器、截止閥、高壓管線、減壓調(diào)節(jié)器、過流閥和濾清器。供氣原理圖如圖1所示。

        圖1 CNG燃氣供給原理圖

        2 加氣方案設計

        2.1 理論分析

        根據(jù)氣體質(zhì)量流量公式:

        G:質(zhì)量流量

        M:流量系數(shù)

        P0:入口壓力

        Q(λ):系數(shù)

        T0:環(huán)境絕對溫度

        F:氣體通過截面積

        氣體通過截面積公式:F =πd2/4

        通過以上公式分析,可以看出在環(huán)境溫度不變化的情況下,氣體流量與管路通徑、入口壓力和流量系數(shù)有關,由于入口壓力受國內(nèi)加氣站參數(shù)的影響,一般都設計為額定工作壓力20 Mpa,因此,考慮從調(diào)整管路通徑和調(diào)整管路布置方案兩個方面入手來改善天然氣車型加氣速度。為了優(yōu)化CNG供氣系統(tǒng)充氣時間,現(xiàn)給出以下六種方案,通過AMESim建立CFD模型計算分析選出加氣速度最快的方案,最后通過試驗對計算結(jié)果進行驗證和修正,確定快速加氣方案。實驗相關參數(shù)見表1和表2。

        表1 車輛供給系統(tǒng)參數(shù)

        注:管路分兩種,一種是統(tǒng)一用內(nèi)徑為φ6mm的管子,另一種是統(tǒng)一用內(nèi)徑為φ9mm的管子。

        表2 國內(nèi)某加氣機技術(shù)參數(shù)

        2.2 設計方案一

        氣瓶連接方式:8個氣瓶并聯(lián)。

        充氣方式:充氣口1和充氣口2同時充氣,如圖2 所示。

        圖2 方案一

        2.3 設計方案二

        氣瓶連接方式:8個氣瓶并聯(lián)。

        充氣方式:充氣口1關閉,僅充氣口2充氣,如圖3所示。

        2.4 設計方案三

        氣瓶連接方式:每2個氣瓶串聯(lián)成一組,然后4組進行并聯(lián)。

        充氣方式:充氣口1和充氣口2同時充氣,如圖4 所示。

        圖3 方案二

        圖4 方案三

        2.5 設計方案四

        氣瓶連接方式:每2個氣瓶串聯(lián)成一組,然后4組進行并聯(lián)。

        充氣方式:充氣口1關閉,僅充氣口2充氣,如圖5所示。

        圖5 方案四

        2.6 設計方案五

        氣瓶連接方式:8個氣瓶串聯(lián)。

        充氣方式:充氣口1和充氣口2同時充氣,如圖6 所示。

        圖6 方案五

        2.7 設計方案六

        氣瓶連接方式:8個氣瓶串聯(lián)。

        充氣方式: 充氣口1關閉,僅充氣口2充氣,如圖7 所示。

        圖7 方案六

        3 計算分析

        3.1 CFD模型描述

        如圖8所示,采用AMESim軟件中Dynamic計算模型建模處理。

        圖8

        3.2 CFD模型計算結(jié)果

        分別對6種布置方案采用兩種規(guī)格的管內(nèi)徑進行加氣速度計算,結(jié)果分別見表3、表4。

        表3

        表4

        通過對氣瓶充氣時間的分析,得到了不同方案下的氣瓶充氣時間,分析表明:

        1)在同一方案下,9mm比6mm內(nèi)徑管充氣用時少;

        2)在同一方案下,雙充氣比單充氣用時少;

        3)綜合比較三種方案六種形式,方案三充氣時間最短。

        4 試驗數(shù)據(jù)

        通過前期的計算分析得出充氣管內(nèi)徑對加氣速度有直接的影響,內(nèi)徑大加氣速度快,雙充氣口比單充氣口加氣速度快,實踐使用過程中也證實這一點;接下來通過試驗的方式對設計優(yōu)化后的方案和原車型加氣方案對比。

        圖9

        通過圖11試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計和圖10加氣速度曲線對不同管路布置的對比分析,發(fā)現(xiàn)在燃氣供給系統(tǒng)其他參數(shù)不變的前提下,通過調(diào)整優(yōu)化管路布置可以提高系統(tǒng)的加氣速度。

        圖10 加氣速度曲線圖

        圖11 試驗數(shù)據(jù)

        5 試驗驗證結(jié)論

        兩兩串聯(lián)后并聯(lián)的混連方式與純并聯(lián)加氣速度基本一致,最優(yōu)方案管路布置采用混連。

        參考文獻

        [1] 李超CNG加氣站工藝系統(tǒng)與設備優(yōu)化研究[D].重慶大學.2012.

        [2] 殷承良,張建龍.新能源汽車整車設計:典型車型與結(jié)構(gòu)[M].上海科學技術(shù)出版社.2013.

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