一、天然氣和液化石油氣在汽車上應(yīng)用的形式
??? 天然氣、液化石油氣在汽車上按照燃料混合、點(diǎn)火和燃燒方式可分成下列幾種形式
??? (1) 按點(diǎn)火方式?可以分電火花點(diǎn)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(dòng)機(jī)壓縮過程中缸內(nèi)氣體溫度達(dá)不到其自燃點(diǎn)，因此必須靠電火花點(diǎn)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(jìn)氣管)預(yù)混合供氣和缸內(nèi)直接噴氣。缸外預(yù)混合供氣常采用將氣體燃料聯(lián)通到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)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(yù)混合供氣方式為進(jìn)氣閥處多點(diǎn)噴氣式，或進(jìn)氣總管單點(diǎn)噴氣式；缸內(nèi)直接噴氣是將氣體燃料用裝置于發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)進(jìn)氣門關(guān)閉到點(diǎn)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(yù)混合燃燒和擴(kuò)散燃燒。預(yù)混合燃燒是指在發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)點(diǎn)火或引燃柴油自燃前，進(jìn)入氣缸內(nèi)的氣體燃料與空氣預(yù)先混合均勻，此時(shí)缸內(nèi)各處的混合比是一致的；而擴(kuò)散燃燒是指氣體燃料以一定提前量在點(diǎn)火或引燃前噴入缸內(nèi)，因而在著火時(shí)，缸內(nèi)燃料與空氣并未混合均勻，燃料邊擴(kuò)散，邊燃燒。
??? (4) 除此之外，還可按控制方式分為機(jī)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(shù)的內(nèi)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(shù)內(nèi)容，這其中包括下列幾個(gè)主要方面。
??? (1) 加氣站技術(shù)?氣體燃料在汽車上的充加需要比液體燃料復(fù)雜得多的加氣設(shè)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(jì)量與環(huán)境補(bǔ)償、安全設(shè)施等各方面做出完善的設(shè)計(jì)。而液化天然氣加氣站則更是技術(shù)含量極高的設(shè)備。
??? (2) 發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)?氣體燃料的性質(zhì)決定了它不同于汽、柴油，因而氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)也不等同于汽油機(jī)、柴油機(jī)，它應(yīng)該有其獨(dú)特之處，因此在氣體燃料的混合、燃燒方式、發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室結(jié)構(gòu)、點(diǎn)火系統(tǒng)等諸多方面都需要研究與開發(fā)。
??? (3) 氣瓶技術(shù)?由于汽車是移動(dòng)運(yùn)行的，因此氣體燃料氣瓶的質(zhì)量是一個(gè)重要的技術(shù)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(shù)研究中不可忽視的問題。
??? (4) 混合與控制技術(shù)?汽車的速度和負(fù)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(yùn)行工況要求提供合適量、質(zhì)的混合氣給發(fā)動(dòng)機(jī)是混合與控制系統(tǒng)的根本任務(wù)。
? ??三、壓縮天然氣汽車技術(shù)現(xiàn)狀
? ??1. CNG加氣站
? ??一套完整的CNG加氣站是由低壓調(diào)壓站、天然氣壓縮機(jī)、CNG儲氣瓶組、CNG順序程控盤、售氣機(jī)等五大部分組成。圖3-3是一個(gè)典型天然氣壓縮氣站示意圖。
? ??① 調(diào)壓站由進(jìn)氣控制閥、濾清器、調(diào)壓閥、流量計(jì)和安全閥組成。從天然氣管道來的天然氣通過進(jìn)氣控制閥、濾清器后進(jìn)入調(diào)壓閥，將天然氣壓力調(diào)至天然氣壓縮機(jī)需要的進(jìn)氣壓力，然后進(jìn)入壓縮機(jī)增壓。
? ??② 天然氣壓縮機(jī)是加氣站的核心，一般由四級活塞式壓縮機(jī)或液壓氣缸式壓縮機(jī)，其運(yùn)行完全自動(dòng)化，并裝有安全保護(hù)停車裝置。從管道來的天然氣經(jīng)壓縮達(dá)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(shí)現(xiàn)按高、中、低壓儲氣瓶組順序向儲氣瓶充氣。當(dāng)天然氣壓縮機(jī)啟動(dòng)后，在沒有CNG汽車加氣時(shí)，壓縮機(jī)依次向高、中、低壓儲氣瓶組進(jìn)行充氣，當(dāng)氣壓達(dá)到22MPa時(shí)，壓縮機(jī)向三個(gè)瓶組同時(shí)充氣，壓力達(dá)到25MPa，壓縮機(jī)自動(dòng)停車。當(dāng)氣瓶組壓力降到22MPa時(shí)，壓縮機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，恢復(fù)充氣。
??? ⑤ 售氣機(jī)由流量計(jì)、計(jì)價(jià)器、順序加氣系統(tǒng)三大部分組成。汽車充氣時(shí)，儲氣瓶組按低、中、高順序利用壓差供氣。當(dāng)車上氣瓶壓力與儲氣瓶壓力一致但不足20MPa，此時(shí)啟動(dòng)的壓縮機(jī)將直接向車上氣瓶供氣直到最高壓力20MPa。當(dāng)沒有汽車充氣時(shí)，壓縮機(jī)繼續(xù)向儲氣瓶組充氣至25MPa，整個(gè)汽車充氣過程大約需要5～10min。
??? 此外，該加氣站還設(shè)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(jìn)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(shè)在有天然氣源的地方，子站設(shè)在沒有天然氣源又需要設(shè)站的地方，由拖車從母站向子站運(yùn)送天然氣。母、子站均有各自的壓縮機(jī)，除此之外，兩站合在一起就構(gòu)成了一套完整的加氣站。
??? 加氣站的新技術(shù)的體現(xiàn)就在于各控制部分的微機(jī)管理。
??? 國內(nèi)目前已能生產(chǎn)機(jī)械電氣式天然氣壓縮氣站，是在引進(jìn)國外CNG加氣站基礎(chǔ)上消化吸收，結(jié)合我國國情和現(xiàn)場實(shí)際設(shè)計(jì)制定了CNG加氣站國產(chǎn)化方案。根據(jù)實(shí)際要求，研制中對工藝和設(shè)備進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)和完善。
??? ① 將國產(chǎn)壓縮機(jī)的進(jìn)、排氣管線與引進(jìn)機(jī)組并聯(lián)聯(lián)接，并且由國產(chǎn)壓縮機(jī)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(chǎn)機(jī)組本身構(gòu)成聯(lián)機(jī)系統(tǒng)，雙機(jī)共同工作。
??? ② 補(bǔ)充完善國外設(shè)計(jì)，在國內(nèi)設(shè)計(jì)的充氣系統(tǒng)管線上增設(shè)檢修放空閥，確保了檢修的安全，增設(shè)了機(jī)組停機(jī)氣體放空罐，將每次停機(jī)自動(dòng)放空氣體返至罐中。
??? ③ 在引進(jìn)的調(diào)壓裝置中增設(shè)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(jìn)口的60只儲氣瓶組改為120只儲氣瓶組，并重新進(jìn)行編組，使儲氣瓶數(shù)目增加了一倍，取氣率達(dá)58%，可保證機(jī)組達(dá)到全負(fù)荷工作能力，提高了一次儲氣的加氣車次。減少機(jī)組頻繁啟動(dòng)，起到節(jié)電降耗作用。
??? 國產(chǎn)化后的CNG加氣站主要技術(shù)指標(biāo)如下：
??? ① 生產(chǎn)CNG能力(雙機(jī)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(shí)間(50m3/輛)：8～10min
??? ④額定壓力：??? 加氣站儲氣壓力為25MPa
??? CNG汽車加氣壓力為20MPa
??? ⑤售氣機(jī)計(jì)量準(zhǔn)確度：? ??±0.5%
??? ⑧天然氣含硫量：??? 不大于20mg/m3
??? ⑦天然氣凈化水露點(diǎn)溫度：??? -40℃
??? 2. CNG氣瓶
??? 天然氣高壓氣瓶主要有一般鋼瓶、鋁合金瓶、薄壁鋼瓶和復(fù)合材料氣瓶。鋁合金瓶和薄壁鋼瓶采用玻璃纖維和聚脂樹脂加強(qiáng)，復(fù)合材料氣瓶內(nèi)部為熱塑性材料襯里，外部為碳纖維或玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合而成。
??? 國內(nèi)目前只能生產(chǎn)鋼質(zhì)氣瓶，材料為30CrMo、35CrMo和40CrMo，而且大多數(shù)單位目前都未生產(chǎn)天然氣汽車專用鋼瓶，而是用高壓氧氣瓶替代。
