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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(lái)源：同濟(jì)犬學(xué)熱能系		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年09月19日
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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(jì)犬學(xué)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(guò)程
中不可缺少的手段之一，但汽車運(yùn)行時(shí)，給人類
帶來(lái)環(huán)境污染問(wèn)題卻日益嚴(yán)重而令人擔(dān)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(lái)源。汽
車尾氣排放物含有大量CO、N 、c H 、鉛、極
細(xì)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(hù)人類的健康和防止大氣污染．各國(guó)
政府都相繼制定出相應(yīng)的對(duì)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(dāng)
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(chǔ)量最為豐
富，而且使用較方便，排放物污染少。目前，國(guó)外
在積極開發(fā)天然氣汽車，我國(guó)四川、北京、新疆等
地也在大力開發(fā)。中國(guó)石油天然氣總公司已決
定發(fā)展天然氣汽車，形成三萬(wàn)輛的規(guī)模，并為達(dá)
到10萬(wàn)輛做好生產(chǎn)組織準(zhǔn)備。
2 壓縮天然氣汽車系統(tǒng)
壓縮天然氣(簡(jiǎn)稱CNG)汽車系統(tǒng)主要包括
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、儲(chǔ)氣瓶和加氣站三部分。
CNG汽車發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)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(jī)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(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)不變，由于沒(méi)能發(fā)揮天然氣
的優(yōu)良特性．故動(dòng)力性能下降1O一20％。在狄
塞爾循環(huán)的柴油機(jī)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(jī)的動(dòng)力性能，還可降低發(fā)動(dòng)
機(jī)的噪聲和提高低速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)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(diǎn)火的發(fā)動(dòng)機(jī)，少部分車輛采用專為燃用
天然氣而設(shè)計(jì)的專用型奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，其動(dòng)力
經(jīng)濟(jì)性可得到進(jìn)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(gè)儲(chǔ)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(jì)量裝置輸入壓縮機(jī)，壓縮至儲(chǔ)存壓力，
注滿儲(chǔ)氣器。儲(chǔ)氣器配有充氣柱向汽車充氣時(shí)，
經(jīng)快速裝置接在車輛儲(chǔ)氣瓶上，充氣能在4—2O
分鐘內(nèi)完成，這屬快速充氣 當(dāng)進(jìn)行通宵慢速充
氣時(shí)，把車輛接在充氣桂上保持不動(dòng)，直到自動(dòng)
裝置終止充氣為止。
除了固定的加氣站之外，國(guó)外還發(fā)展流動(dòng)的
加氣車。因?yàn)槊恳蛔潭ǖ募託庹径加幸欢ǖ?
服務(wù)半徑，取決于當(dāng)?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(yùn)行，
降低生產(chǎn)效率，甚至有的被迫恢復(fù)使用流體燃
料。同時(shí)，也有很多加氣站卻因負(fù)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(dòng)的加氣車，
為那些遠(yuǎn)離加氣站，需要充氣的CNG汽車服
務(wù)。流動(dòng)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(chǔ)氣罐來(lái)完成。儲(chǔ)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(jì)的大型儲(chǔ)氣罐。
圖I 天然氣汽車內(nèi)部配置圖
1- 壓綰天然氣儲(chǔ)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(dòng)機(jī)；
8一天然氣壓力調(diào)節(jié)器；9一混臺(tái)器／節(jié)氣門；10一三元催化器；11一豐架加強(qiáng)結(jié)構(gòu)：】2一外加熱器精；13一發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻器
電
圖2充氣站市置圖
CNG儲(chǔ)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(dāng)于車上
在極低溫下都不會(huì)破壞，強(qiáng)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(chǔ)氣瓶重量大，公共汽車上的儲(chǔ)氣瓶常重量。現(xiàn)在CNG氣瓶單位容積重已達(dá)到0．4～
達(dá)600公升左右，占7～8人的容運(yùn)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(lái)制約著CNG汽術(shù)經(jīng)濟(jì)因素確定。
車推廣的重要因素之一。為了降低重量，國(guó)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(jìn)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(lái)制造。美國(guó)在輕型載貨車上裝了
3個(gè)鋁制氣瓶，儲(chǔ)備行程達(dá)322krn，而氣瓶總重
3 天然氣汽車的效益評(píng)價(jià)
效益評(píng)價(jià)包括經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。在經(jīng)濟(jì)效
益方面，這里以我國(guó)四川省1993年對(duì)壓縮天然
氣汽車經(jīng)濟(jì)效益測(cè)算得到的結(jié)果為例來(lái)說(shuō)明。
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第17卷第2期 煤氣與熱力
建一個(gè)供氣量為10000 的加氣站總投資400～
500萬(wàn)元。加氣站的收入預(yù)測(cè)按CNG售價(jià)1 5
元／ 計(jì)算．年供氣360萬(wàn) ，其供氣收入為540
萬(wàn)元。包括折舊費(fèi)、大修費(fèi)、動(dòng)力費(fèi)、人員工資、
不可預(yù)見費(fèi)、管理費(fèi)、氣源成本費(fèi)等生產(chǎn)成本在
內(nèi)測(cè)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(yíng)業(yè)稅(因本項(xiàng)目屬于環(huán)保投資節(jié)能
項(xiàng)目，不計(jì)所得稅)，年利潤(rùn)可達(dá)150萬(wàn)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(jì)分析外．還須測(cè)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(jì)效益。改車廠向車主收取改裝費(fèi)約
一萬(wàn)元(載貨卡車)。CNG汽車和汽油相比，以
日行程為200kin計(jì)算，CNG汽車年節(jié)約燃料費(fèi)
約1．2萬(wàn)元，這樣載貨卡車改裝費(fèi)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(jì)上具有很強(qiáng)的吸引力和競(jìng)爭(zhēng)力。
對(duì)于社會(huì)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?yàn)樘烊粴庠诎l(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題。CNG發(fā)
動(dòng)機(jī)和柴油機(jī)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(yùn)
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?yàn)樘烊粴廨^空
氣輕．與空氣的比重約為0．57-0．63，如果泄漏
會(huì)立即上升而消失。相反地，汽油氣化后、會(huì)下
沉而聚集在低洼處，很危險(xiǎn)；天然氣著火點(diǎn)為
650～700℃ ，而汽油為417～450℃ ，香煙的火頭
不會(huì)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(jì)，在發(fā)生撞車時(shí)．車身破裂而天然氣儲(chǔ)氣
瓶安然無(wú)損。
鑒于天然氣汽車，不論在經(jīng)濟(jì)效益或者社會(huì)
效益都明顯優(yōu)于燃油汽車，因此，國(guó)內(nèi)、外都在積
極開發(fā)天然氣汽車。
4 問(wèn)題探討
CNG汽車雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但也還存在一
些不足之處，主要有下列問(wèn)題：
(1)充氣壓力過(guò)高，一般達(dá)到20MPa，造成
動(dòng)力消耗大，加氣站投資大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，加氣站的
電耗為每立米天然氣0 3～0 4千瓦時(shí)，從能源
利用角度看，若將電耗計(jì)算在內(nèi)，和汽油的競(jìng)爭(zhēng)
力就未必很強(qiáng)。所以需要研究開發(fā)一種新型儲(chǔ)
氣裝置，這種儲(chǔ)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(chǔ)存
高壓充氣時(shí)相同的氣體體積，這就是目前國(guó)內(nèi)、
外正在研究開發(fā)的吸附儲(chǔ)存技術(shù)。
(2)儲(chǔ)存器重量大，降低了載客量或載貨
量。為了降低重量．國(guó)外考慮了多種方法。我國(guó)
目前仍然采用30GrMo臺(tái)金鋼制成的儲(chǔ)氣瓶，其
重量大，急待研究采用強(qiáng)度大、重量輕的新型材
料制成的儲(chǔ)氣瓶。
(3)國(guó)內(nèi)用天然氣車代替柴油車的研制和應(yīng)
用相對(duì)地比汽車少。而柴油車的廢氣排放污染
很嚴(yán)重，如果采用天然氣代替柴油作發(fā)動(dòng)機(jī)燃
料，將大大改善環(huán)境。用天然氣代替柴油的發(fā)動(dòng)
機(jī)的改裝．在技術(shù)上也是可行的。目前國(guó)內(nèi)這項(xiàng)
改裝進(jìn)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(dòng)機(jī)與同型號(hào)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)同相比，功率
下降多；發(fā)動(dòng)機(jī)效率也比柴油機(jī)低，尤其是低負(fù)
荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)；再加上天然氣車加載幾只儲(chǔ)氣瓶，自
重增加．一般估計(jì)燃料耗量比柴油機(jī)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(dòng)機(jī)性能不斷地研究和改
進(jìn)、肯定會(huì)有很好的發(fā)展前景

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