天然氣和液化石油氣汽車的技術現(xiàn)狀

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一、天然氣和液化石油氣在汽車上應用的形式

??? 天然氣、液化石油氣在汽車上按照燃料混合、點火和燃燒方式可分成下列幾種形式

??? (1) 按點火方式?可以分電火花點火和柴油引燃式。由于天然氣、液化石油氣的著火溫度較高，發(fā)動機壓縮過程中缸內氣體溫度達不到其自燃點，因此必須靠電火花點火；或者噴入少量柴油，首先被壓燃再引燃天然氣或液化石油氣。

??? (2) 按供氣方式?可分為缸外(進氣管)預混合供氣和缸內直接噴氣。缸外預混合供氣常采用將氣體燃料聯(lián)通到發(fā)動機進氣管上的空氣—燃料混合器上，通過混合器將比例合適的混合氣供給氣缸。另一種缸外預混合供氣方式為進氣閥處多點噴氣式，或進氣總管單點噴氣式；缸內直接噴氣是將氣體燃料用裝置于發(fā)動機缸蓋上的噴嘴以一定的壓力將其直接噴入到氣缸中，一般噴氣過程在發(fā)動機進氣門關閉到點火之前完成，還有在壓縮過程終了噴氣，邊燃燒邊噴氣。

??? (3) 按燃燒方式?可分為預混合燃燒和擴散燃燒。預混合燃燒是指在發(fā)動機點火系統(tǒng)點火或引燃柴油自燃前，進入氣缸內的氣體燃料與空氣預先混合均勻，此時缸內各處的混合比是一致的；而擴散燃燒是指氣體燃料以一定提前量在點火或引燃前噴入缸內，因而在著火時，缸內燃料與空氣并未混合均勻，燃料邊擴散，邊燃燒。

??? (4) 除此之外，還可按控制方式分為機械控制式和電子控制式(開環(huán)、閉環(huán))，按增壓與否分為增壓與非增壓等形式。

二、天然氣和液化石油氣汽車技術的內容

??? 天然氣和液化石油氣汽車與汽、柴油汽車相比具有更多、更新的技術內容，這其中包括下列幾個主要方面。

??? (1) 加氣站技術?氣體燃料在汽車上的充加需要比液體燃料復雜得多的加氣設備，例如CNG加氣站，它不僅需要把天然氣壓縮到20MPa以上，而且還要把供氣速率、容量配置、充放氣優(yōu)先順序、起?？刂?、計量與環(huán)境補償、安全設施等各方面做出完善的設計。而液化天然氣加氣站則更是技術含量極高的設備。

??? (2) 發(fā)動機技術?氣體燃料的性質決定了它不同于汽、柴油，因而氣體燃料發(fā)動機也不等同于汽油機、柴油機，它應該有其獨特之處，因此在氣體燃料的混合、燃燒方式、發(fā)動機燃燒室結構、點火系統(tǒng)等諸多方面都需要研究與開發(fā)。

??? (3) 氣瓶技術?由于汽車是移動運行的，因此氣體燃料氣瓶的質量是一個重要的技術問題。此外，氣瓶在各種苛刻條件下的安全性問題更是氣體燃料汽車技術研究中不可忽視的問題。

??? (4) 混合與控制技術?汽車的速度和負荷總是變化的，而且氣體燃料相對于液體燃料又較難控制，因此按汽車運行工況要求提供合適量、質的混合氣給發(fā)動機是混合與控制系統(tǒng)的根本任務。

? ??三、壓縮天然氣汽車技術現(xiàn)狀

? ??1. CNG加氣站

? ??一套完整的CNG加氣站是由低壓調壓站、天然氣壓縮機、CNG儲氣瓶組、CNG順序程控盤、售氣機等五大部分組成。圖3-3是一個典型天然氣壓縮氣站示意圖。

???

? ??① 調壓站由進氣控制閥、濾清器、調壓閥、流量計和安全閥組成。從天然氣管道來的天然氣通過進氣控制閥、濾清器后進入調壓閥，將天然氣壓力調至天然氣壓縮機需要的進氣壓力，然后進入壓縮機增壓。

? ??② 天然氣壓縮機是加氣站的核心，一般由四級活塞式壓縮機或液壓氣缸式壓縮機，其運行完全自動化，并裝有安全保護停車裝置。從管道來的天然氣經(jīng)壓縮達到25MPa。在每一級壓縮后，天然氣流經(jīng)水冷或空冷散熱器冷卻。

? ??③ CNG儲氣瓶組由三組鋼瓶組成，按充氣先后次序分成高壓組、中壓組、低壓組三組。儲氣瓶組的最高充氣壓力為25MPa。

? ??④ 充氣順序程控盤的作用在于實現(xiàn)按高、中、低壓儲氣瓶組順序向儲氣瓶充氣。當天然氣壓縮機啟動后，在沒有CNG汽車加氣時，壓縮機依次向高、中、低壓儲氣瓶組進行充氣，當氣壓達到22MPa時，壓縮機向三個瓶組同時充氣，壓力達到25MPa，壓縮機自動停車。當氣瓶組壓力降到22MPa時，壓縮機自動啟動，恢復充氣。

??? ⑤ 售氣機由流量計、計價器、順序加氣系統(tǒng)三大部分組成。汽車充氣時，儲氣瓶組按低、中、高順序利用壓差供氣。當車上氣瓶壓力與儲氣瓶壓力一致但不足20MPa，此時啟動的壓縮機將直接向車上氣瓶供氣直到最高壓力20MPa。當沒有汽車充氣時，壓縮機繼續(xù)向儲氣瓶組充氣至25MPa，整個汽車充氣過程大約需要5～10min。

??? 此外，該加氣站還設有氣體回收系統(tǒng)和慢充氣接口。

??? 吉林油田從美國天然氣能源公司引進的母子站則是另一類型的加氣站，主要用在天然氣管道不健全的地方。母站設在有天然氣源的地方，子站設在沒有天然氣源又需要設站的地方，由拖車從母站向子站運送天然氣。母、子站均有各自的壓縮機，除此之外，兩站合在一起就構成了一套完整的加氣站。

??? 加氣站的新技術的體現(xiàn)就在于各控制部分的微機管理。

??? 國內目前已能生產機械電氣式天然氣壓縮氣站，是在引進國外CNG加氣站基礎上消化吸收，結合我國國情和現(xiàn)場實際設計制定了CNG加氣站國產化方案。根據(jù)實際要求，研制中對工藝和設備進行了技術改進和完善。

??? ① 將國產壓縮機的進、排氣管線與引進機組并聯(lián)聯(lián)接，并且由國產壓縮機的排氣管引一條管線接至程控盤后的儲氣系統(tǒng)，可使國產機組本身構成聯(lián)機系統(tǒng)，雙機共同工作。

??? ② 補充完善國外設計，在國內設計的充氣系統(tǒng)管線上增設檢修放空閥，確保了檢修的安全，增設了機組停機氣體放空罐，將每次停機自動放空氣體返至罐中。

??? ③ 在引進的調壓裝置中增設了油氣分離器和管路系統(tǒng)，為使用“干氣和濕氣”提供了可靠保證。

??? ④ 將進口的60只儲氣瓶組改為120只儲氣瓶組，并重新進行編組，使儲氣瓶數(shù)目增加了一倍，取氣率達58%，可保證機組達到全負荷工作能力，提高了一次儲氣的加氣車次。減少機組頻繁啟動，起到節(jié)電降耗作用。

??? 國產化后的CNG加氣站主要技術指標如下：

??? ① 生產CNG能力(雙機8h工作)：??? 5000m³/天

??? ②可供CNG汽車(50m³/輛)臺數(shù)：??? 100輛

??? ⑧每輛天然氣汽車加氣時間(50m³/輛)：8～10min