[科普中國]-燃料系統(tǒng)

燃料系統(tǒng)是用于柴油發(fā)動機的燃料系統(tǒng)，包括燃料箱、燃料泵、燃料過濾器模塊和燃料軌道。

除此之外,燃料罐及其附屬管路上還有充注適配器、單向充注閥、限流閥、燃料限流閥、止回閥、雙安全閥、壓力表等安全保護設(shè)施和附件。

簡介目前,全世界43個國家的天然氣車輛(NGV)總數(shù)已達100萬輛以上。隨著許多國家加速天然氣車輛工業(yè)發(fā)展計劃的實施,未來天然氣車輛的數(shù)量將會大幅度增長,到2010年,美國NGV總數(shù)就將達到200萬輛。NGV攜帶的燃料分為CNG和LNG。后者具有燃料儲罐重量輕、工作壓力低、燃料體積能量密度大等優(yōu)點,因而應(yīng)用越來越廣泛。LNGV(液化天然氣車輛)技術(shù)發(fā)展較快的國家是美國,除了LNG車用發(fā)動機技術(shù)得到迅速的發(fā)展以外,LNG汽車燃料儲存設(shè)備及LNG燃料加注設(shè)備也相應(yīng)得到了發(fā)展和完善。1993年美國能源部(US -DOE)啟動了一個名為“清潔城市”的計劃,在局部地域范圍內(nèi)鼓勵公私合股優(yōu)先購買和使用替代燃料汽車技術(shù);在西部地區(qū)實施一個州際的清潔運輸走廊(IC-TC)計劃,沿主要交通干線建立LNG汽車燃料加注站,并形成比較完整的網(wǎng)絡(luò)。自1995年開始,美國就已經(jīng)有了商業(yè)運營的LNG車輛,并形成了一定的規(guī)模,主要應(yīng)用于重型汽車如大型集裝箱卡車、城市公交巴士、校車和環(huán)衛(wèi)運輸車等。1

工作原理1、燃料加注

當(dāng)加注站的燃料噴嘴卡入燃料罐的接收口后,一個提升閥會自動打開。接收口設(shè)有匹配鎖定裝置,保證燃料加注過程中接收口與燃料噴嘴密封緊固。加注過程中,加注站燃料噴嘴鎖定在罐體燃料加注口的準確位置后,加注口上的充注適配器打開,LNG由噴嘴流出,經(jīng)過單向充注閥由頂部加注管噴淋進入燃料罐內(nèi)。噴淋的冷液霧使罐內(nèi)的蒸氣迅速凝結(jié),罐內(nèi)壓力降低。隨著壓降的發(fā)生,LNG不斷注入,燃料液面升高,直至液面達到加注管噴淋頭。隨著液面接近噴淋頭,液霧對蒸氣部分的冷凝作用也越來越小。當(dāng)液面達到噴淋頭,罐內(nèi)壓力迅速升高,加注站感知此壓力后將關(guān)閉燃料供應(yīng)。從駕駛臺的燃料指示表可看出燃料罐內(nèi)LNG的存量。

罐體內(nèi)上部保留有蒸氣腔,稱為過余空間。蒸氣腔靠近罐體頂部有一小孔,可吸收過余蒸氣壓力。當(dāng)車輛長時間停用時,燃料罐內(nèi)LNG吸熱汽化罐內(nèi)壓力升高,此時可利用此空間延長燃料罐內(nèi)LNG的儲存時間。

為安全起見,燃料加注管路上設(shè)有單向充注閥。當(dāng)充注適配器失效或車輛在噴嘴還未斷開連接就開走時,單向充注閥可防止LNG返流漏出。

2、燃料流程

當(dāng)發(fā)動機起動,罐內(nèi)LNG通過控制閥和燃料限流閥進入換熱器。燃料進入換熱器后受發(fā)動機循環(huán)冷卻水的加熱,蒸發(fā)成氣體。所有的天然氣發(fā)動機都需要特定壓力范圍(一般為620～970kPa)的氣態(tài)天然氣作為燃料,該壓力通過換熱器后面供氣管路上的壓力調(diào)節(jié)閥來控制,確保氣體燃料的壓力不超過發(fā)動機規(guī)定的壓力。在LNG汽車的供氣管路上,還裝有緩沖箱,目的是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。一般緩沖箱的容積為14.7L,長度為500mm。

燃料罐內(nèi)壓力高于發(fā)動機工作壓力,因此無需燃料泵。如果燃料罐和發(fā)動機之間的燃料管路破裂或其他原因?qū)е翷NG大量泄漏,燃料限流閥會感知到非正常的大流量燃料流過而自動關(guān)閉,以防止罐內(nèi)液體燃料繼續(xù)泄漏。供氣管路上還裝有止回閥和截止閥,止回閥是為了防止換熱器內(nèi)蒸發(fā)后的高壓燃料倒流回燃料罐,而截止閥在當(dāng)車輛維修時關(guān)閉以切斷燃料供應(yīng)。

3、壓力平衡

如果燃料罐內(nèi)的壓力超過了節(jié)能調(diào)節(jié)閥設(shè)置的數(shù)值,節(jié)能調(diào)節(jié)閥打開,允許燃料罐內(nèi)的蒸氣進入燃料管,以快速降壓。當(dāng)罐內(nèi)壓力降至節(jié)能調(diào)節(jié)閥的設(shè)置壓力,節(jié)能調(diào)節(jié)閥關(guān)閉,僅允許液體流入換熱器。這一設(shè)置將會使得燃料罐的儲存時間增加7～10d同時使每升LNG的行使公里數(shù)最大化。為了防止罐內(nèi)壓力過高,罐體設(shè)有2個泄放安全閥。如果車輛一段時間不用,LNG吸熱膨脹導(dǎo)致罐內(nèi)壓力升高。主安全閥打開排放蒸氣至大氣以泄放過余壓力。為了安全起見,主安全閥垂直安放,泄放口遠離車輛。如果主安全閥故障或其鉛封被阻斷導(dǎo)致主安全閥無法打開,罐內(nèi)壓力會繼續(xù)升高至第二安全閥的設(shè)置壓力,第二安全閥打開,泄放過余壓力。1

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

李斌 - 副教授 - 西南大學(xué)