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天然氣汽車技術(shù)初探

文檔作者：莊永茂聞望文檔來源：同濟犬學熱能系		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年09月19日
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上一篇：新型節(jié)能型汽車轉(zhuǎn)向泵節(jié)能特性仿真研究

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第17卷第2期 煤氣與熱力 ·33
1 前言
④
33一sf
天然氣汽車技術(shù)初探
莊 苧—旦 4 ， ?j’
(同濟犬學熱能系，上海200092)
汽車交通是現(xiàn)代人類生活、生產(chǎn)和交流過程
中不可缺少的手段之一，但汽車運行時，給人類
帶來環(huán)境污染問題卻日益嚴重而令人擔憂，尤其
是人口、道路密集的大城市，汽車尾氣排放造成
的低空污染 是城市地區(qū)污染的主要來源。汽
車尾氣排放物含有大量CO、N 、c H 、鉛、極
細的懸浮粒子及其他一些有害物質(zhì)。同工廠煙
囪排放物所不同的是，汽車排放物都被釋放到城
市的地表上，從而成為潛在的最大危害，而且這
類有害排放量還在逐年增加。
為了保護人類的健康和防止大氣污染．各國
政府都相繼制定出相應(yīng)的對策，以降低汽車排放
物造成的空氣污染。研究汽車代用燃料已是當
務(wù)之急．而采用天然氣汽車乃是最佳選擇方案之
一
。各種代用燃料相比而言．天然氣儲量最為豐
富，而且使用較方便，排放物污染少。目前，國外
在積極開發(fā)天然氣汽車，我國四川、北京、新疆等
地也在大力開發(fā)。中國石油天然氣總公司已決
定發(fā)展天然氣汽車，形成三萬輛的規(guī)模，并為達
到10萬輛做好生產(chǎn)組織準備。
2 壓縮天然氣汽車系統(tǒng)
壓縮天然氣(簡稱CNG)汽車系統(tǒng)主要包括
汽車發(fā)動機系統(tǒng)、儲氣瓶和加氣站三部分。
CNG汽車發(fā)動機系統(tǒng)有專用型和雙燃料型
二類。所謂雙燃料型．就是既可燃燒汽(柴)油．
也可燒天然氣，通常是以天然氣為主要燃料，而
在斷缺時用汽(柴)油，市面上雙燃料型的汽車居
多數(shù)。在奧托循環(huán)的汽油機上，大多保留原有的
供油系統(tǒng)而增添天然氣供給系統(tǒng)。采用這種方
式，發(fā)動機結(jié)構(gòu)參數(shù)不變，由于沒能發(fā)揮天然氣
的優(yōu)良特性．故動力性能下降1O一20％。在狄
塞爾循環(huán)的柴油機上，最新研究采用降低壓縮
比，吸入空氣一天然氣混合氣．并噴入少量柴油
引燃的供料系統(tǒng)，這種方式可節(jié)約柴油80％以
上，而且不降低原機的動力性能，還可降低發(fā)動
機的噪聲和提高低速時發(fā)動機的扭矩。此外，也
有采用降低壓縮比改狄塞爾循環(huán)為奧托循環(huán)用
電火花點火的發(fā)動機，少部分車輛采用專為燃用
天然氣而設(shè)計的專用型奧托循環(huán)發(fā)動機，其動力
經(jīng)濟性可得到進一步發(fā)揮。
圖1為公共汽車的天然氣系統(tǒng)配置圖，安裝
7個儲氣瓶．總水容積約600升，每天充一次氣。
天然氣加氣站的配置如圖2所示。天然氣取自
管網(wǎng)，經(jīng)計量裝置輸入壓縮機，壓縮至儲存壓力，
注滿儲氣器。儲氣器配有充氣柱向汽車充氣時，
經(jīng)快速裝置接在車輛儲氣瓶上，充氣能在4—2O
分鐘內(nèi)完成，這屬快速充氣 當進行通宵慢速充
氣時，把車輛接在充氣桂上保持不動，直到自動
裝置終止充氣為止。
除了固定的加氣站之外，國外還發(fā)展流動的
加氣車。因為每一座固定的加氣站都有一定的
服務(wù)半徑，取決于當?shù)谻NG汽車事業(yè)的發(fā)展，
加氣站逐漸增多，但仍有大量的CNG汽車處于
加氣站有效服務(wù)范圍之外，影響汽車正常運行，
降低生產(chǎn)效率，甚至有的被迫恢復使用流體燃
料。同時，也有很多加氣站卻因負荷不足而虧
本。為此，一方面要多建固定式加氣站以方便
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34· 煤氣與熱力 1997年3月
CNG汽車的加氣，另一方面使用流動的加氣車，
為那些遠離加氣站，需要充氣的CNG汽車服
務(wù)。流動加氣車的結(jié)構(gòu)主要采用牽引一拖掛車
或半拖掛車上安裝儲氣罐來完成。儲氣罐可以
采用園柱形或球形，或者像貯油罐那樣經(jīng)專門設(shè)
計的大型儲氣罐。
圖I 天然氣汽車內(nèi)部配置圖
1- 壓綰天然氣儲氣瓶l 2一充氣閥1 3一球形旋塞；4一電磁閩；5一高壓濾清器；6一高壓管道；7一天然氣發(fā)動機；
8一天然氣壓力調(diào)節(jié)器；9一混臺器／節(jié)氣門；10一三元催化器；11一豐架加強結(jié)構(gòu)：】2一外加熱器精；13一發(fā)動機冷卻器
電
圖2充氣站市置圖
CNG儲氣瓶一般用30CrMo舍金鋼制造。量只比129升汽油箱重68公斤．只相當于車上
在極低溫下都不會破壞，強度貯備一般為工作壓增加了一位乘客。用鋁合金制成的氣瓶，外纏鋼
力的三倍。氣瓶應(yīng)具有高的耐腐蝕能力。但金絲、玻璃纖維或碳素纖維．比普通鋼瓶顯著降低
屬制作的儲氣瓶重量大，公共汽車上的儲氣瓶常重量?，F(xiàn)在CNG氣瓶單位容積重已達到0．4～
達600公升左右，占7～8人的容運量，載貨車則0．8公斤t升。氣瓶的尺寸根據(jù)車身的尺寸和技
擠占載重能力。這是幾十年來制約著CNG汽術(shù)經(jīng)濟因素確定。
車推廣的重要因素之一。為了降低重量，國外考
慮了多種方法，有的是從改變形狀著手，例如把
固柱形改成球形，并多層疊裝；有的從改進材料
著手，例如用輕合金、合成材料以及不同材料的
組合等方法來制造。美國在輕型載貨車上裝了
3個鋁制氣瓶，儲備行程達322krn，而氣瓶總重
3 天然氣汽車的效益評價
效益評價包括經(jīng)濟和社會效益。在經(jīng)濟效
益方面，這里以我國四川省1993年對壓縮天然
氣汽車經(jīng)濟效益測算得到的結(jié)果為例來說明。
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第17卷第2期 煤氣與熱力
建一個供氣量為10000 的加氣站總投資400～
500萬元。加氣站的收入預測按CNG售價1 5
元／ 計算．年供氣360萬 ，其供氣收入為540
萬元。包括折舊費、大修費、動力費、人員工資、
不可預見費、管理費、氣源成本費等生產(chǎn)成本在
內(nèi)測算出的每一立方米天然氣成本為1元，扣除
生產(chǎn)成本的營業(yè)稅(因本項目屬于環(huán)保投資節(jié)能
項目，不計所得稅)，年利潤可達150萬元左右，
建站回收期只有2．5～4年，所以四川省有不少
單位積極參與建加氣站。
除了建站經(jīng)濟分析外．還須測算車主(加氣
站的用戶)從燃汽油汽車改裝為CNG汽車所作
投資的經(jīng)濟效益。改車廠向車主收取改裝費約
一萬元(載貨卡車)。CNG汽車和汽油相比，以
日行程為200kin計算，CNG汽車年節(jié)約燃料費
約1．2萬元，這樣載貨卡車改裝費投資的回收期
不到一年。由此可見，CNG汽車的推廣應(yīng)用在
經(jīng)濟上具有很強的吸引力和競爭力。
對于社會效益，cNG汽車比汽、柴油汽車更
具有明顯的優(yōu)越性。首先CNG汽車環(huán)境污染
低，這是因為天然氣在發(fā)動機內(nèi)燃燒完全，由廢
氣引起的污染可大幅度降低，和汽油發(fā)動機相
比．燃燒后CO排放量是汽油的1／15．COz排放
量是汽油的4／5，HC排放量是汽油1／5，SO2排
放量是汽油的l／10，而且不產(chǎn)生致癌物質(zhì)。
CNG不存在含鉛對環(huán)境的污染問題。CNG發(fā)
動機和柴油機相比 CO排放量是柴油的1／11，
硫化物排放量是柴油的t／2 8，NO排放量是柴
油的1／2．6．微粒排放量是柴油的1／6。由于運
轉(zhuǎn)平穩(wěn)，天然氣汽車的噪聲比汽油、柴油低的多。
天然氣比汽油安全。這是因為天然氣較空
氣輕．與空氣的比重約為0．57-0．63，如果泄漏
會立即上升而消失。相反地，汽油氣化后、會下
沉而聚集在低洼處，很危險；天然氣著火點為
650～700℃ ，而汽油為417～450℃ ，香煙的火頭
不會起引天然氣燃燒，而汽油就有可能著火燃燒
爆炸；天然氣瓶比汽油的油箱安全，根據(jù)大量事
故統(tǒng)計，在發(fā)生撞車時．車身破裂而天然氣儲氣
瓶安然無損。
鑒于天然氣汽車，不論在經(jīng)濟效益或者社會
效益都明顯優(yōu)于燃油汽車，因此，國內(nèi)、外都在積
極開發(fā)天然氣汽車。
4 問題探討
CNG汽車雖然有很多優(yōu)點，但也還存在一
些不足之處，主要有下列問題：
(1)充氣壓力過高，一般達到20MPa，造成
動力消耗大，加氣站投資大。據(jù)統(tǒng)計，加氣站的
電耗為每立米天然氣0 3～0 4千瓦時，從能源
利用角度看，若將電耗計算在內(nèi)，和汽油的競爭
力就未必很強。所以需要研究開發(fā)一種新型儲
氣裝置，這種儲氣裝置能夠不需要那樣高充氣壓
力．消耗那么多的電能，就能用同樣水容積儲存
高壓充氣時相同的氣體體積，這就是目前國內(nèi)、
外正在研究開發(fā)的吸附儲存技術(shù)。
(2)儲存器重量大，降低了載客量或載貨
量。為了降低重量．國外考慮了多種方法。我國
目前仍然采用30GrMo臺金鋼制成的儲氣瓶，其
重量大，急待研究采用強度大、重量輕的新型材
料制成的儲氣瓶。
(3)國內(nèi)用天然氣車代替柴油車的研制和應(yīng)
用相對地比汽車少。而柴油車的廢氣排放污染
很嚴重，如果采用天然氣代替柴油作發(fā)動機燃
料，將大大改善環(huán)境。用天然氣代替柴油的發(fā)動
機的改裝．在技術(shù)上也是可行的。目前國內(nèi)這項
改裝進行較少的原因主要是天然氣的熱值和密
度與柴油相比低得多．在氣缸中占據(jù)體積大．故
天然氣發(fā)動機與同型號柴油發(fā)動機同相比，功率
下降多；發(fā)動機效率也比柴油機低，尤其是低負
荷運轉(zhuǎn)時；再加上天然氣車加載幾只儲氣瓶，自
重增加．一般估計燃料耗量比柴油機增加25％。
但從環(huán)保角度和代用缺口燃料角度看．還有很大
的意義，隨著天然氣發(fā)動機性能不斷地研究和改
進、肯定會有很好的發(fā)展前景

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