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濰柴培新氣體機有限公司企業技術規范

Q/WCQTG

濰柴培新氣體機有限公司企業技術規范        


液化天然氣(LNG)發動機配套應用技術規范


                                                                                                                             

2010/5/8發布                                                                                         2010/5/20實施


本規范規定了液化天然氣(LNG)發動機配套應用階段的技術要求,作為車用液化天然氣(LNG)發動機配套應用的技術依據。

本部分由氣體機公司產品發展部歸口。

本部分由氣體機公司產品發展部起草。

本部分主要起草人:。

本部分2010 4 月首次發布。

液化天然氣(LNG)發動機配套應用技術規范

1  范圍

本規范規定了液化天然氣(LNG)發動機的燃氣供給系統、電控系統及相關的配套部件安裝應用技術規范。

本規范適用于本公司配裝的WOODWARD公司OH2.0系統各系列液化天然氣(LNG)發動機。

2  規范性引用文件

下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。

GB/T18047-2000 車用壓縮天然氣

GB/T 19204-2003 液化天然氣的一般特性

GB/T 20368-2006 液化天然氣(LNG)生產、儲存和裝運

GB/T 20734-2006 液化天然氣汽車專用裝置安裝要求

QC/T 755-2006 液化天然氣(LNG)汽車專用裝置技術條件

3  術語及定義

GB/T 17895中的術語和定義及下列術語和定義適用于標準。

3.1

用液化天然氣 liquefied natural gas

一種液態狀況下的無色液體,主要由甲烷組成,組分可能含有少量的乙烷、丙烷、氮氣或通常存在于天然氣中的其他組分,品質符合GB/T 19204的要求,簡稱(縮略語)LNG。

3.2

最大允許工作壓力 maximumallowable working preesure

       在設計溫度的工作狀態下,整套系統允許達到的最大表壓,縮略語MAWP。

4  技術要求

4.1 液化天然氣(LNG)特性

依據《GB/T19204-2003 液化天然氣的一般特性》可知:液化天然氣,簡稱LNG(Liquified Natural Gas),理論上以液態存在,絕大部分為甲烷。LNG的溫度極低,其沸點在大氣壓力下約為-160,沸騰溫度隨蒸汽壓力的變化梯度約為1.25×10-4/Pa,天然氣在常溫下不能通過加壓液化,必須將溫度降到約-80以下才能在在一定壓力下液化

此外,LNG還有如下特點:

1) LNG 液體溫度低至-168;

2) 大氣狀態下氣化,氣體天然氣易燃,可令人窒息,接觸LNG液體或冷態氣體會造成凍傷;

3) LNG 氣化率為6201,液體密度約為0.42kg/L。

4.2

    OH2.0系統LNG發動機原理圖


4.3

LNG發動機配套應用技術要求(非電控部分)

發動機配套過程中應嚴格按照氣體發動機的有關標準執行。雙方應安排經過培訓的熟練人員參與配套工作。氣瓶及連接管路、接頭連接要可靠,不得有漏氣;燃氣管路和線路必須避開發動機的高溫部分,以免發生危險。雙方都應高度重視安全問題,避免發生事故。

4.4

LNG供氣系統

                                                               燃氣流向示意圖  

LNG從氣瓶體通過管路進入汽化器加熱汽化,經過穩壓罐穩壓后由電磁切斷閥控制通斷,在經過燃氣濾清器濾清之后進入穩壓器穩壓。經濾清穩壓的燃氣經過熱交換器加熱后通過節溫器進入FMV,由FMV控制噴射入混合器中與增壓后的空氣混合。電子節氣門控制混合氣進入發動機氣缸內燃燒做功。

LNG供氣系統組成:LNG車用瓶、水浴式氣化器、管路系統、安全系統、液體充裝裝置和安全裝置

l       汽車用液化天然氣氣瓶是作為一種超低溫絕熱壓力容器,設計有雙層(外殼和內膽)結構。內膽用來儲存液態的液化天然氣(LNG),同時夾套(兩層容器之間的空間)抽成高真空,共同形成良好的絕熱空間。能保證LNG在超低溫的環境下得以儲存和使用。

在與氣瓶連接的管道末端出現的結霜或凝水現象是正常的。



       

         

氣瓶閥件示意圖  

l       所有的管路、閥件都設置在氣瓶的一端,并用護環或保護罩進行防護。、

l       內膽設計有兩級安全閥在超壓時起到保護作用。在超壓情況下首先打開主安全閥開啟壓力為1.75MPa,253psi,副安全閥開啟壓力為2.41MPa,350psi,設定壓力較主安全閥高,在主安全閥失靈或發生故障時,副安全閥工作。這樣使氣瓶使用確保安全。

l       外殼在內部超壓條件下的保護是通過一個環形的抽空塞來實現的。如果內膽發生泄漏(導致夾套壓力超高),夾層壓力達到0.10.2MPa抽空塞將自動打開泄壓。當抽空塞發生泄漏或真空破壞,使絕熱能力下降或失效。這時可能發生外殼?冒汗?或結霜現象。

LNG車用瓶:

根據《GB/T20734-2006 天然氣汽車專用裝置安裝要求》規定:儲氣瓶安裝應布置合理,排列整齊。氣瓶安裝后不得超出車輛的外輪廓邊緣,與汽車排氣管的距離不小于200mm,當距離小于200mm時,應設置可靠的隔熱裝置;儲氣瓶瓶口閥門與車輛兩側最大外輪廓邊緣的距離應不小于200mm。

l       儲氣罐應安裝牢固,氣瓶與固定座之間應墊厚度不小于2mm的柔性防滑襯墊,緊固螺栓應有防松裝置,緊固力矩符合設計要求。

l       儲氣瓶安裝牢固后,在上下左右前后6個方向上應能承受8倍于滿載儲氣瓶總重量的作用力,儲氣瓶與固定座不應有相應位移,儲氣瓶與固定座的固定點最大相對位移量不大于13mm,緊固件不應松動。

如果采用縱向安裝方式,即儲氣罐的軸線與車輛的縱軸平行,則儲氣瓶裝有閥門、儀表的一端應朝向車輛尾部。



l       整車需用LNG氣罐的類型和數量由整車廠根據發動機類型和車輛實際使用要求確定。例:發動機百公里氣耗為A立方米,車輛要求續航里程為B百公里,所需LNG罐的水體積為C升,可知:

                         

根據此公式粗算可知罐的水體積,以決定使用氣罐的類型和數量。

推薦氣罐使用廠家:張家港福瑞特種裝備有限公司。

發動機功率(馬力)

LNG汽化器(m3/h

170/180

3040

190

3545

210

4050

230

50~60

260

55~65

290

60~70

320

65~75

340

70~80

汽化器:

液化天然氣在氣瓶中以低溫的液態和氣態形式儲存,能夠以純液態形式或氣液混合形式從氣瓶中被放出,由汽化器將其加熱成為氣態。

根據汽車行業標準《QC/T 245-1998》規定,汽化器應安裝在靠近發動機進氣管和振動較小的位置,但不應直接安裝在發動機上。汽化器可安裝在汽車(底盤)大梁上。布置汽化器時,應盡可能靠近發動機,以減少低壓管路流程阻力。設計汽化器支架時,應注意汽化器的安裝位置不能高于發動機散熱器頂部。否則會導致加熱水不能流經汽化器,導致汽化器結冰凍裂。

  

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   汽化器選型對照表

       汽化器安裝在氣瓶和發動機之間。受發動機高溫影響的冷卻液流入汽化器隔層對汽化管加熱。當液化天然氣進入汽化器,來自發動機的高溫冷卻液將其氣化并加熱,隨后供給發動機。

l       汽化器與發動機間連接用管為內徑Φ19的膠管,此膠管及緊固卡箍為濰柴隨機提供,相應汽化器接頭應由整車廠或汽化器生產廠作專門設計。膠管長度由整車廠根據自己需求裁剪,需固定牢固。

管路及接頭:

根據《GB/T20734-2006 液化天然氣汽車專用裝置安全要求》,管路應排列整齊,布置合理,不應與相鄰部件碰撞或摩擦,管路固定卡間距不大于600mm。管路及接頭與發動機排氣管距離不應小于75mm,當距離在75mm-200mm時,應設置可靠固定的隔熱裝置;與傳動軸距離應不小于75mm。

l       管路及相應接頭由整車廠向專業管路生產廠家訂購,但需考慮與發動機連接要求,保證與濰柴發動機的合理連接。


氣罐管路使用采用不銹鋼金屬軟管或銅管,金屬軟管或銅管應避開汽車上所有的電器設備和電線。


高壓切斷閥:

車輛運行一段時間停車后,流入水浴式汽化器的LNG還會繼續氣化,壓力繼續上升,為防止燃氣壓力超出噴嘴的許用工作壓力范圍(≤13.5bar),安裝切斷閥,以起到保護和安全功能。

高壓切斷閥安裝于LNG氣罐穩壓罐與燃氣濾清器之間,是發動機管路與氣瓶管路的連接節點。

l       切斷閥之前的氣瓶、汽化器、管路及相應接頭等由整車企業向專業設備生產廠家采購,售后服務由相關廠家負責。切斷閥及其之后的發動機部件及連接管路由濰柴負責提供,除部分氣路水路連接外由濰柴負責安裝及相應售后服務。

l       高壓切斷閥必須可靠固定。連接到高壓切斷閥的管路應盡可能短,如果太長,則應加裝固定扣以防止管路抖動甚至共振。連接到高壓切斷閥的管路必須布置合理,不能有干涉的可能。

l       高壓切斷閥使用24V直流電源,安裝時請注意電源正負極連接正確。

l       保證電磁閥上所標明的氣流方向與實際氣流方向一致。

l       切斷閥接頭螺紋為3/4-16 UNF ,整車廠需定制與之安裝管件,并保證連接牢固,無漏氣。

l       整車廠可根據車輛自身需求決定是否使用濰柴自帶的安裝支架,如安裝位置及方式有特殊要求,需濰柴獲知,協商決定。


閥體下部標有燃氣流向標志


燃氣濾清器:

LNG為高純度的液態天然氣,基本不含固體顆粒,但由于各個地方的氣質不同,為保證進入汽缸的燃氣清潔,濰柴加裝燃氣濾清器。燃氣濾清器主要作用是過濾儲氣罐及管路內的灰塵、雜質和LNG中的微量的水。


濾清器放水口

      


l    要求保證燃氣實際流向與要求流向相同;濾清器安裝位置應方便檢查拆裝,保證每3000Km放水一次。

穩壓器:

       由于LNG特性限制,一般在超壓情況下首先打開主安全閥開啟壓力為1.75MPa,253psi,副安全閥開啟壓力為2.41MPa,350psi,氣瓶壓力一般都不超過1.75MPa。根據噴射閥要求,理論可工作燃氣壓力為0.5-1.72MPa,超出該壓力范圍可能導致噴射閥失效、發動機無法啟動等故障,所以濰柴要求在濾清器和熱交換器之間安裝穩壓器??紤]保證噴射閥長時間正常使用的要求,一般濰柴穩壓器出口壓力調整為以保證進入發動機的天然氣壓力穩定在設定值之下。

l    穩壓器出口安裝一個壓力表,以監測穩壓器出口壓力。表壓超過不應超過10bar,超過該限值可能引起系統報錯。

l    整車廠及用戶嚴禁隨意調節穩壓器出口壓力。因隨意調節壓力造成的硬件損壞濰柴不予負責。

l    整車廠可根據車輛自身需求決定是否使用濰柴自帶的安裝支架,如安裝位置及方式有特殊要求,需濰柴獲知,協商決定。


壓力表


燃氣管路:

       LNG罐、高壓切斷閥、燃氣濾清器、穩壓器及熱交換器之間使用接頭為扣壓式聚氨酯管連接。聚氨酯管具有耐油、耐熱、耐磨、耐老化、耐高低溫、彈性阻尼性阻燃性好等多種優點,是制造天然氣管路的良好材料。

l    整車廠負責連接LNG罐至電磁閥之間管路,管路根據實際情況確定。

l    濰柴提供電磁閥-濾清器-穩壓器-熱交換器之間管路,由整車廠負責連接。

l    熱交換器之后管路出廠時由濰柴連接好,不需整車廠負責。


推薦管長標準為200mm,由濰柴提供,整車廠連接




熱交換器之前管路由整車廠連接,熱交換器之后管路及部件出廠時已由濰柴連接好


4.5

      發動機與LNG罐水路連接

對于水路連接,在整車企業未與濰柴在技術協議中做特殊要求時,發動機水路連接部分應參照《濰柴LNG發動機水路典型連接》示意圖進行連接。如有特殊要求,由雙方協商決定。

l       發動機出廠時,由濰柴附帶內徑為Φ10Φ19兩種橡膠水管,默認出廠附帶水管長度為:Φ10膠管4m、Φ19膠管3m。如對此長度有進一步要求,可在協議中議定。

l       水泵進水管原則上是由整車廠根據自身需要焊接制作,發動機要求在進水管上預留可連接Φ19膠管接頭兩個,連接膨脹水箱的接頭由整車廠自定。水泵進水管與發動機水泵進水口之間連接橡膠管由整車廠自備。

l       發動機水路連接中所需水管變徑(Φ10Φ19)、水管三通及膠管連接用卡箍由濰柴隨機配帶。

l       要求汽化器進出水口安裝可連接Φ19膠管接頭兩個。

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LNG水路連接:

1、增壓器Φ10→變徑Φ10變Φ19→水管三通→水泵進水口Φ19

2、發動機出水管Φ19→LNG罐汽化器Φ19→水泵進水接管Φ19→水泵進水口

3、發動機出水管Φ10→熱交換器及節溫器Φ10→水管三通→水泵進水口Φ19

4、發動機出水管Φ19→整車暖風→水泵進水接管Φ19→水泵進水口

4.6

   催化器安裝技術要求

濰柴培新國Ⅲ、Ⅳ系列使用氧化型催化轉化器,因催化轉化器發熱量比較大,并且溫度比較高,建議為催化轉化器單獨設置可靠的隔熱室,并且盡量避免將催化轉化器布置在發動機倉內。

l       應注意催化轉化器的進出口方向性:催化轉化器安裝在渦輪增壓器排氣管和排氣消聲器之間;催化轉化器的箭頭方向為排氣氣流方向。

l       若催化器與空濾器接觸較近時,應在兩者之間安裝隔熱板。

l       出廠時濰柴可提供帶法蘭和不帶法蘭兩種催化器,整車廠需根據催化器體或相應的法蘭尺寸預留安裝空間。

催化器加裝隔熱板


4.7

LNG發動機配套應用技術要求(電控部分)

濰柴LNG發動機使用woodwardOH2.0電控系統。

發動機控制器(ECM)及點火控制模塊(ICM:

發動機控制器(ECM)及點火控制模塊(ICM)一般安裝在控制箱中,控制箱由主機廠固定在車架上。發動機控制器有防水、防震、防高溫要求,整車廠設計整車時,必須考慮發動機控制器的防水、防震以及散熱等要求。

發動機控制模塊和點火模塊技術參數及注意事項:

l       工作電壓:1832V,最大工作電流:25A。

l       工作環境:-40℃~105℃。

l       如果使用電器控制箱,建議將電器控制箱安裝在車廂內部。

l       特別提醒:當控制器已經安裝在車體上,并與線束聯接時,嚴禁在車體上進行電焊操作!在車體上進行電焊操作時,必須在斷開線束與控制器的聯接后進行!

l       ECM可由整車廠根據自身情況決定是否使用濰柴附帶的電器控制箱,在滿足防水、防震、防高溫要求的前提下可以與濰柴協商決定安裝位置。


出廠時ECM、ICM已在控制箱中固定好


發動機線束:

濰柴發動機線束包括ECU線束、點火線束、發動機線束。發動機線束及點火線束由濰柴出廠前安裝在發動機上,整車廠負責將其與ECU線束對應接插件相互連接。ECU線束一般為隨機備件箱中附帶,由整車廠負責ECU線束與ECM、點火線束與ICM的連接。

l       為避免高溫,線束不允許布置在排氣管側。

l       嚴格保證點火線束接地線的接地良好。

l       每個接插件及導線的連接應能承受至少20N 的拉力而不會松動甚至脫落。

l       線束的溫度等級應不低于125℃,同時應具備良好的抗氧化能力。

l       線束的走向合理,利于日后的維修。

l       濰柴提供發動機ECU線束與整車相應線束連接端接插件,由整車廠負責連接。

氧傳感器:

氧傳感器的功能是測量排氣中氧的濃度并將其轉化成電信號提供給ECM,ECM根據脈譜表內設定的過量空氣系數值,通過調整噴射脈寬調節燃料的供給量,使發動機達到閉環控制。

氧傳感器的安裝位置對系統工作的正確性很重要,故其安裝必須按照要求嚴格執行。

l       氧傳感器應安裝在離增壓器出口或排氣彎管下游35倍排氣管直徑的地方。氧傳感器不能安裝在排氣管彎管處。

l       為防止在氧傳感器燒粘在排氣管上便于拆卸,在安裝氧傳感器時應在螺紋上均勻涂抹防燒粘膠。


焊接在排氣管上的氧傳感器螺座高度要小于10mm


l       如果車輛安裝有排氣制動裝置,氧傳感器必須安裝在此裝置的后方。

l       氧傳感器線束及接插件應盡量遠離排氣管,不能有被燒結的可能。

l       氧傳感器(UEGO)及線束接插件應確保連接牢固,無松動。在氧傳感器失靈或線束及插接件接觸不良時,會造成氣耗大、轉速不穩等多種問題。

l       氧傳感器由濰柴隨機附帶,由整車廠根據濰柴技術要求安裝。

濕度傳感器:

作用:通過測量進氣壓力、溫度、濕度,并根據所測得的濕度、壓力來修正空燃比來補償環境所造成的影響,使發動機運行在最佳狀態。工作溫度-40℃到105℃,測量范圍0到100%RH。

安裝要求:

l       該傳感器要求安裝在空氣濾清器和增壓器之間的空氣管路上;

l       盡量遠離呼吸器和空壓機進氣口;

l       為保證其測量值正確,安裝時使其平行于氣流方向,并且溫度、壓力探頭必須置于氣流中。

l       濕度傳感器及濕度傳感器座隨箱附帶,傳感器座由整車廠按要求焊接。

PTP/TMAP傳感器:

作用:PTP及TMAP傳感器均使用Bosch傳感器,集成了壓力和溫度。用于增壓控制燃料計算和故障診斷。測量的壓力為絕對壓力,測量范圍從真空到增壓壓力。

安裝要求:

l       傳感器應安裝在進氣歧管直管處,嚴緊安裝在彎管處;

l       由于傳感器的位置與發動機性能關系密切,它的安裝位置必須和臺架試驗時相同;

l       測量探頭應與氣流方向平行并置于氣流中。

l       PTP/TMAP傳感器出廠前由濰柴負責安裝好,整車廠及用戶嚴禁隨意拆換。


連接增壓器調節器

廢氣控制閥:



連接空氣源


工作原理及作用:通過控制廢氣旁通控制閥的占空比,控制廢氣旁通控制閥的出口壓力,從而控制發動機的增壓壓力。采用該技術能有效提升發動機低速扭矩及動力響應性,滿足公交車頻繁起步的工作要求!其ON/OFF頻率30HZ。

安裝要求:

l       廢氣控制閥應安裝于垂直方向10度之內;

l       廢氣控制閥應安裝于發動機溫度較低的一側,其周圍的環境溫度不能超過125℃;

l       連接至廢氣控制閥的管路正確無誤可靠。

l       廢氣控制閥出廠前由濰柴負責安裝好,整車廠及用戶嚴禁隨意拆換。