压缩天然气汽车的特点

1、压缩天然气汽车的特点论文作者：郭宗华 周俭明 吴祚平 发表时间： 2004年5月8日摘要：探讨了压缩天然气汽车的特点和使用压缩天然气代替汽油延长发动机寿命的原因，以及压缩天然气汽车的环保性、安全性和经济性以及天然气储气瓶等问题，介绍了汽油发动机的改造技术。关键词：压缩天然气；压缩天然气汽车；发动机改造中图分类号：TU996 文献标识码：B0 引 言随着汽车尾气对环境污染的加剧，正在寻求更为清洁的汽车燃料。因压缩天然气汽车具有污染少、安全性高、抗爆震性能好、经济性好等特点，所以近年来我国的压缩天然气汽车发展很快。下面就压缩天然气汽车的有关问题进行讨论。1 压缩天然气汽车的特点(1)天然气是辛烷值

2、较高的气态燃料，一般可达120以上，抗爆能力强，发动机运转平稳，噪声低。(2)对机动车润滑油的稀释作用小，燃烧性能好，气缸积碳少，不需经常更换润滑油和火花塞，可延长发动机的使用寿命。 (3)冬季起动性好。(4)车辆的加速性能比汽油车稍差。(5)加气车辆行驶半径小，一次加气的行驶里程低于汽油车，但如汽油和天然气同时加满，则一次充装行驶的半径加大。天然气与汽油的燃烧特性见表1。表1 天然气与汽油的燃料特性比较表 辛烷值低热值(MJ·m-3)混合气热值(kJ·m-3)燃点天然气120以上36.223290645汽油589744.003670427汽油车可在原供油系统不变

3、的情况下，加装一套车用燃气装置，实现燃气、燃油两种功能，使汽车对燃料适应性大大增强，同时油气转换只需一个切换开关，任何时候都可以迅速转换，操作非常简单。2 压缩天然气汽车的环保效益目前，汽车排放的尾气已成为我国各城市的大气主要污染源，而天然气是目前广泛被人们认定为最佳的使用燃料，压缩天然气在燃烧过程中，污染极小，排放的废气中不含铅，基本不含硫化物，与汽油车相比，一氧化碳减少97，碳氢化合物减少72，氮氧化物减少39，因此环保效益十分显著。3 压缩天然气汽车的寿命发动机活塞顶部、燃烧室壁以及汽缸壁表面温度为200300，火焰传播速度大约为2030ms，能保持此温度原因之一是这些壁面形成一种气体附

4、面层，它阻止向这些壁面过多地传热，由于汽油辛烷值低，经常产生爆震，爆震燃烧局部温度很高，可达4000以上，燃烧产物将分解出CO，H2，O2，NO及游离碳，已不能燃烧而排气冒烟，排气温度过高形成热损失，在产生爆震时由于振动使这些附面受到破坏，导热高，温度过高，冷却水温度提高，发动机过热，使运动部件润滑情况变坏，加快零件磨损。在正常燃烧及轻度爆震时，磨耗率为36mgh，严重爆震时为98mgh，约为正常燃烧时磨耗率27倍，对发动机各部件有严重磨损。而压缩天然气辛烷值大于120，高于汽油，即使高档汽油其辛烷值也只有97。压缩天然气进入空气混合器之前，与空气混合均匀分配到各缸，混合物统一，燃烧充分，可以

5、提高热效率，使燃烧速度加快，燃烧热能得到充分利用。压缩天然气汽车运行平稳，发动机无爆震现象，零部件磨损小，检修期长，润滑油耗量少。这样就延长了发动机的使用寿命。4 压缩天然气汽车的安全性 与汽油相比，压缩天然气本身就是相对安全的燃料。(1)天然气爆炸下限为5，比汽油(爆炸下限为1)高，甲烷燃点为645，比汽油燃点高218，相比不易点燃。甲烷密度低，相对密度为055左右，泄漏的气体很快会在空气中散发，且爆炸极限范围窄，在自然环境中难以形成遇火爆燃的条件，一旦压缩天然气从储罐或管路中泄漏，泄漏点周围会立即形成低温区，使天然气燃烧困难。(2)天然气汽车的钢瓶系高压容器，其材质及制造、检验试验在各国均

6、有严格的规程控制，在我国有汽车用压缩天然气钢瓶标准(GB172581998)，其试验压力高于工作压力4倍，并安装有防爆设施，不会因汽车碰撞或翻覆造成失火或爆炸，而汽油汽车的油箱系非压力容器，着火后容易爆炸。在美国天然气汽车发生的1 300多起碰撞事故中，天然气系统均未引起过爆炸或着火。5 压缩天然气汽车的经济性城市公交车及出租车是压缩天然气汽车改装的首选车型，各城市汽车改装费用相差较大。下面以出租车为例说明压缩天然气汽车的经济性。如出租车的改装费用为4000元，压缩天然气与汽油的经济比较如表2，3所示。从表中可以看出，使用压缩天然气的经济性是非常良好的。使用压缩天然气后，以每日行驶200km计

7、算，每日节省燃料费133元，月节省燃料费为400元左右，改装费用可在10个月左右收回，则以后每年可节约燃料费5000元左右。因各地的天然气的热值不同，所以天然气的消耗量也可能有所不同。表2 小轿车使用压缩天然气、汽油的比较燃料种类单车日行驶里程/km价格行驶100km燃料消耗量单车日耗燃料费用/元单车日节约燃料费用/元汽油2002.3元/L10.0L46.0天然气2001.8元/m39.1m332.713.3表3 压缩天然气、汽油热值比较燃料热值价格按热值计算价格/(元·MJ-1)汽油43.11MJ/L2.3元/L0.053天然气36.22MJ/m31.8元/m30.0506 压缩天

8、然气汽车的储气钢瓶利用气体可压缩性，将常规天然气加以高压进行储存，存储压力通常为1525 MPa。如在25MPa情况下，天然气可压缩至原来体积的1300，大大降低了储存容积，但由于储存压力大，对储气瓶要求更高。现在的储气瓶多采用高强度合金结构钢制造，质量大。如以公共汽车为例，按使用汽、柴油每行驶300km为一个燃料添加周期换算，通常需配备约6只50L的储气钢瓶，采用国产钢瓶其总质量约360kg，而满容量时的燃料质量仅为钢瓶质量的16。为此，可通过优化确定燃料添加周期(如按当地同类用气车辆平均日行里程确定)、气瓶储气能力、储气容积并综合考虑加气站的合理设置等加以缓解。为从根本上解决高压储气瓶所带

9、来的车辆空间利用率低以及无效载质量过大等问题，国外作了大量探索。储气瓶形状的优化在兼顾改善容器受力情况，减小容器壁厚，减轻质量的同时，又考虑充分合理地利用车辆有限空间；储气瓶材质的改良(如铝合金复合材料、炭素材料等的研究及应用)则在解决钢瓶内外壁腐蚀等潜在危险因素的同时，亦减轻储气容器质量，更好地满足使用要求。理论上，压缩天然气储气瓶在一定储气压力下，单位容积质量是衡量其优劣的二个重要指标。经统计，国产储气瓶的单位容积质量一般在1 kg以上，进口薄壁钢瓶为08kg左右，而铝合金储气瓶的单位容积质量可降低至06kg以下，炭素材料气瓶则更低。7 压缩天然气汽车发动机的改造压缩天然气汽车发动机分为单

10、燃料专用发动机和双燃料发动机。(1)单燃料专用发动机该种发动机以天然气为单一燃料，是在充分发挥天然气特性的基础上对发动机自身结构进行了针对性改造，使得其整体性能得以大大提高。(2)双燃料发动机改造技术该类型发动机是在原有发动机基础上增设了天然气燃料供应系统，发动机本身结构参数未作改动，仍按汽、柴油等液体燃料设计。由于发动机结构参数的制约，致使天然气发动机的动力性能有所下降，下降幅度为1020，其原因主要在于单位时间内输入发动机的燃料热量较汽柴油少，通过适当增大发动机压缩比，可使其动力性能得以提高，但尾气排放物也有所增加，因此双燃料发动机的燃烧工况优化调整十分重要。有经验表明，如调整合理得当，其动力性能下降幅度可控制在5左右，该幅度对于在城市内行驶的车辆来说是可以接受的，但作为双燃料汽车如何调整发动机使其达到对两种燃料都能适应的最佳工况，尚需进一步研究。双燃料汽车的车用燃气装置主要由储备、供给和控制三大系统组成。储备系统主要由充气阀、高压截止阀、天然气储气瓶、高压管线、压力传感器及气量显示器等组成；供给系统主要由天然气滤清器、减压调节器、动力调节器、混和器等组成；控制系统主要由油