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天然氣和液化石油氣汽車的技術(shù)現(xiàn)狀

　　評論：　更新日期：2013年04月11日

????3. 改裝技術(shù)

??? 目前，天然氣在汽車上的應(yīng)用仍局限在原有汽油機(jī)或柴油機(jī)基礎(chǔ)上經(jīng)改裝而成天然氣或兩用燃料發(fā)動機(jī)。目前針對發(fā)動機(jī)本身如何更適合天然氣燃料特點而進(jìn)行的專門設(shè)計尚處于研究階段。例如將一臺汽油車改裝成一臺天然氣汽油兩用燃料汽車所需要額外增加的設(shè)備如下：

? ??① 天然氣氣瓶，儲存CNG、耐壓20MPa高壓氣瓶。高壓氣瓶主要有鋼瓶、鋁合金瓶和薄壁鋼瓶三種，鋁合金瓶和薄壁鋼瓶的特點是：自重輕、強(qiáng)度高(用玻璃纖維和聚脂樹脂加強(qiáng))。

? ??一個天然氣容量20m³(20MPa)，80L容積的鋁合金瓶重約61kg，價格約為500美元；一個天然氣容量為10m³(20MPa)，40L容積的薄壁鋼瓶的質(zhì)量約為43kg，價格約400美元。

? ??② 天然氣氣瓶手動開關(guān)。

? ??③ 不銹鋼高壓輸氣管匯。

? ??④ 減壓閥、電磁閥、計量閥及中央計算機(jī)控制設(shè)備。CNG通過二級或三級減壓，壓力從15～20MPa降低至大氣壓，并利用汽車散熱器里的熱水循環(huán)防止降壓所造成的凍結(jié)問題。電磁閥控制兩用燃料汽油/天然氣的相互轉(zhuǎn)換。計量閥用做氣量及氣體壓力的計量，中心計算機(jī)優(yōu)化控制整個天然氣汽車系統(tǒng)。

? ??⑤ 低壓天然氣軟管。

? ??⑥ 燃料噴嘴。

? ??⑦ 與散熱器循環(huán)的熱水管匯。

? ??⑧ 燃料選擇開關(guān)：

? ??⑨ 專用、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的天然氣充氣接頭。

? ??從技術(shù)高度看，美國和歐洲各國均開發(fā)了一系列的天然氣汽車改裝系統(tǒng)，都利用了他們在汽車電控技術(shù)上的優(yōu)勢。以美國為例：

??? 美國從事天然氣汽車兩用燃料轉(zhuǎn)換系統(tǒng)改裝部件制造的公司有二、三十家(實際買得部件做改裝服務(wù)工作的有170家)。美國Stewart＆Stevenson公司、IMPCO Technologies Inc.、Hatch & KirkInc、EDO、ANGI公司是其中較為著名的公司。這些公司為符合國家的汽車排放標(biāo)準(zhǔn)，將微處理機(jī)用于轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，使全系統(tǒng)達(dá)到天然氣與空氣最佳混合，完全燃燒。

??? 美國IMPCO Technologies Inc.有兩種轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可供選擇。一是ADP系統(tǒng)(Adaptive Digital Processor System)，它是利用管路的絕對壓力和機(jī)械的轉(zhuǎn)速影響混合器的流速。ADP利用氧氣傳感器的信號修正存儲的燃料系統(tǒng)數(shù)據(jù)，這一數(shù)據(jù)信息能夠瞬間調(diào)整系統(tǒng)改變混合器的空氣/天然氣比。ADP軟件系統(tǒng)在冷啟動、響應(yīng)時間和安裝狀況診斷方面，對原有技術(shù)都有改進(jìn)。另一是AFE系統(tǒng)(Advanced Fuel Electronics System)，其主要部件為一個微處理機(jī)，應(yīng)用發(fā)動機(jī)速度測定方法。來自發(fā)動機(jī)和氣體燃料質(zhì)量流量傳感器的信號經(jīng)過計算機(jī)處理可以精確地計算并修正空氣/燃料混合比。這一系統(tǒng)的排放符合美國的環(huán)境法規(guī)，并有效地使用燃料。

??? 美國Stewart & Stevenson公司的GFI系統(tǒng)(Automotive Gaseous Fuel Injection System)是計算機(jī)控制的燃料注入系統(tǒng)，可應(yīng)用在汽油機(jī)(1～8L)和柴油機(jī)(37～294kW)。該系統(tǒng)包括注入氣體調(diào)壓器、調(diào)節(jié)閥與計算機(jī)、氣體噴嘴、二個溫度傳感器和一個燃料選擇開關(guān)(用于雙燃料)。與調(diào)節(jié)閥相連的是三個絕對壓力傳感器(燃料、進(jìn)氣管路、氣壓)和一個燃料溫度傳感器。這些傳感器均同氧氣傳感器信號一起輸入計算機(jī)，在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，準(zhǔn)確地控制空氣/燃料比。這一系統(tǒng)具體運(yùn)行是：

??? ① 燃料儲存在3000psi(約20MPa)的常規(guī)天然氣氣瓶內(nèi)；

??? ② 燃料通過高壓管進(jìn)入GFI調(diào)壓器；

??? ③ 調(diào)壓器降低燃料壓力至常壓～100psi(0.689MPa)；

??? ④ 計算機(jī)確定發(fā)動機(jī)瞬時所需燃料，并轉(zhuǎn)向控制7個注入器的合理組合；

??? ⑤ 燃料通過橡膠軟管至空氣濾清器中的噴嘴；

??? ⑥ 該系統(tǒng)同時調(diào)準(zhǔn)點火系統(tǒng)以得到最佳的點火時間。

??? 該公司把這一系統(tǒng)稱為21世紀(jì)的新技術(shù)。

??? 國內(nèi)目前能生產(chǎn)的天然氣汽車改裝系統(tǒng)是機(jī)械電氣式。CNG汽車是采用已定型的汽油車，在保留原車供油系統(tǒng)的情況下，經(jīng)改裝增加一套使用壓縮天然氣的裝置。使改裝后的車輛既可使用天然氣又可使用汽油做燃料，成為壓縮天然氣—汽油兩用燃料系統(tǒng)的汽車。

??? 車用壓縮天然氣裝置由天然氣儲氣系統(tǒng)、天然氣供給系統(tǒng)、油—汽燃料轉(zhuǎn)換系統(tǒng)三大部分組成。主要部件有天然氣鋼瓶、充氣閥、高壓截止閥、高壓管線、高壓接頭、壓力表、壓力傳感器及氣量顯示燈、高壓電磁閥、汽油電磁閥、組合式減壓閥、燃?xì)饣旌掀?、油—氣燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)、點火時間轉(zhuǎn)換器等。當(dāng)CNG汽車需用天然氣燃料時，駕駛員只要將油一氣轉(zhuǎn)換開關(guān)扳到“氣”的位置，此時汽油電磁閥關(guān)閉，高壓電磁閥打開，天然氣經(jīng)三級減壓閥后與空氣混合，進(jìn)入氣缸燃燒。減壓閥中的燃?xì)庹{(diào)節(jié)器與混合器配合，可以滿足發(fā)動機(jī)不同工況的要求。當(dāng)需用汽油作燃料時，油一氣轉(zhuǎn)換開關(guān)板到“油”的位置，此時高壓電磁閥關(guān)閉，汽油電磁閥打開，從而恢復(fù)到原來的供油狀態(tài)，轉(zhuǎn)換操作非常靈活。

四、液化石油氣汽車技術(shù)現(xiàn)狀

LPG加氣站比較簡單，有固定式和活動式兩種，例如表3-4和表3-5所示。

表3-4 ?LPG固定氣站(АГЗС)

項目	型?號	數(shù)?量
LPG儲罐/個	每個容量25 m³	4
儲罐壓力/MPa	?	1.8
旋渦泵/臺	C₅/140A或ИЧ5/170	1
計量機(jī)/臺	уИЖГ—20	6

表3-5? 活動式LPG加氣站

項目	型號
項目	ЦПП3—12—885	ЦПП3—33.9—528
LPG儲罐直徑/mm	1600	200
容量/m³	12	34.3
工作壓力/MPa	1.8	1.8
工作溫度/℃	-40～+50	-40～+50
活動站總重量/t	15.8	38.3
外形尺寸/mm	?	?
長	1O500	16610
寬	2450	2630
高	3150	3750

固定式LPG加氣站儲存LPG100m3約56t，每日最大可供600輛汽車加LPG?；顒邮絃PG加氣站實際上類似LPG運(yùn)輸車。LPG汽車需加裝電磁閥、減壓閥以及適應(yīng)LPG組改變用的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。使用壓力為1.6MPa的鋼瓶，容量15～250L，供不同類型汽車使用，這種汽車行駛距離為500km以上。

??? LPG燃料系統(tǒng)的主要部件有：LPG氣瓶、蒸發(fā)調(diào)壓器、濾清器、電磁斷油閥、混合器等。

??? LPG氣瓶用特殊鋼制成，為了確保安全，在2940kPa下作耐壓試驗，它的破壞壓力為7840kPa，LPG的儲存壓力一般為386kPa，車用LPG瓶可由家用液化石油氣瓶改裝而成，或進(jìn)行重新設(shè)計。

? ??蒸發(fā)調(diào)壓器是整個燃料系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。LPG在蒸發(fā)器中蒸發(fā)氣化，再經(jīng)兩次減壓，受進(jìn)氣管真空度的控制，按照發(fā)動機(jī)不同負(fù)荷配給混合比。通入發(fā)動機(jī)循環(huán)水的目的是為了確保LPG的氣化。

??? 濾清器用以清除LPG中的雜質(zhì)，其中除安裝有濾芯外還安裝有永久磁石，以濾掉夾雜在LPG中可能的金屬粒子。

??? 電磁斷油閥用于截斷LPG的供應(yīng)。在國外的某些LPG燃料系統(tǒng)中還安裝有慣性快速截斷閥，當(dāng)汽車撞車或緊急制動時，它能快速截斷來自LPG瓶的氣體，防止火災(zāi)。

? ??進(jìn)入氣缸的液化石油氣量，除可用真空度、機(jī)械方式控制外，更為精確的控制是借助單片微機(jī)控制。由于控制精度高，發(fā)動機(jī)的性能更優(yōu)。

??? 混合器具有與化油器相類似的喉管，空氣與液化石油氣在混合器中進(jìn)行混合，進(jìn)入氣缸。空氣與石油氣的混合比與汽油的混合更容易，使可燃混合氣更均勻，有利于燃燒。

? ??五、液化天然氣汽車技術(shù)現(xiàn)狀

? ??液化天然氣汽車與壓縮天然氣汽車主要區(qū)別在于加氣站、儲氣瓶和蒸發(fā)器。當(dāng)液化天然氣蒸發(fā)成氣態(tài)后，其它系統(tǒng)與CNG汽車并無不同。

? ??液化天然氣汽車技術(shù)實質(zhì)上主要是氣體深冷液化和儲存技術(shù)。它所涉及到的是如何將天然氣深冷至-162℃變成液體、絕熱儲存、輸送、加充。

??? 國外的LNG是以成品形式供給汽車使用的，即液化天然氣是由大型化工廠或大型液化天然氣生產(chǎn)廠提供的。液化天然氣加氣站由儲罐、低溫泵、充氣槍、計量裝置等組成，例如：休斯敦城市運(yùn)輸局西部加氣站，建有容積為4.2萬公升的深冷儲罐兩座，由槽車從化工廠運(yùn)來LNG儲存在罐內(nèi)，儲存溫度-176.4℃，兩罐可單獨操作。使用低溫離心泵將儲罐內(nèi)LNG經(jīng)?

(31.7mm)軟管，從充氣機(jī)輸送到車輛上。輸送系統(tǒng)從儲罐到充氣槍，從充氣槍嘴又回到儲罐呈液態(tài)循環(huán)。泵的工作壓力是0.28～0.62MPa，排量為114L/min。兩罐單獨操作，每罐一個通道，可日供60輛汽車加氣，全站共120輛。目前實際加氣30輛。加氣機(jī)使用一部???