天然氣和液化石油氣汽車的技術現狀

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????3. 改裝技術

??? 目前，天然氣在汽車上的應用仍局限在原有汽油機或柴油機基礎上經改裝而成天然氣或兩用燃料發動機。目前針對發動機本身如何更適合天然氣燃料特點而進行的專門設計尚處于研究階段。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、強度高(用玻璃纖維和聚脂樹脂加強)。

? ??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量約為43kg，價格約400美元。

? ??② 天然氣氣瓶手動開關。

? ??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控制設備。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防止降壓所造成的凍結問題。電磁閥控制兩用燃料汽油/天然氣的相互轉換。計量閥用做氣量及氣體壓力的計量，中心計算機優化控制整個天然氣汽車系統。

? ??⑤ 低壓天然氣軟管。

? ??⑥ 燃料噴嘴。

? ??⑦ 與散熱器循環的熱水管匯。

? ??⑧ 燃料選擇開關：

? ??⑨ 專用、統一標準的天然氣充氣接頭。

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

??? 美國從事天然氣汽車兩用燃料轉換系統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準，將微處理機用于轉換系統，使全系統達到天然氣與空氣最佳混合，完全燃燒。

??? 美國IMPCO Technologies Inc.有兩種轉換系統可供選擇。一是ADP系統(Adaptive Digital Processor System)，它是利用管路的絕對壓力和機械的轉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數據，這一數據信息能夠瞬間調整系統改變混合器的空氣/天然氣比。ADP軟件系統在冷啟動、響應時間和安裝狀況診斷方面，對原有技術都有改進。另一是AFE系統(Advanced Fuel Electronics System)，其主要部件為一個微處理機，應用發動機速度測定方法。來自發動機和氣體燃料質量流量傳感器的信號經過計算機處理可以精確地計算并修正空氣/燃料混合比。這一系統的排放符合美國的環境法規，并有效地使用燃料。

??? 美國Stewart & Stevenson公司的GFI系統(Automotive Gaseous Fuel Injection System)是計算機控制的燃料注入系統，可應用在汽油機(1～8L)和柴油機(37～294kW)。該系統包括注入氣體調壓器、調節閥與計算機、氣體噴嘴、二個溫度傳感器和一個燃料選擇開關(用于雙燃料)。與調節閥相連的是三個絕對壓力傳感器(燃料、進氣管路、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，在發動機運轉情況下，準確地控制空氣/燃料比。這一系統具體運行是：

??? ① 燃料儲存在3000psi(約20MPa)的常規天然氣氣瓶內；

??? ② 燃料通過高壓管進入GFI調壓器；

??? ③ 調壓器降低燃料壓力至常壓～100psi(0.689MPa)；

??? ④ 計算機確定發動機瞬時所需燃料，并轉向控制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 該系統同時調準點火系統以得到最佳的點火時間。

??? 該公司把這一系統稱為21世紀的新技術。

??? 國內目前能生產的天然氣汽車改裝系統是機械電氣式。CNG汽車是采用已定型的汽油車，在保留原車供油系統的情況下，經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—汽油兩用燃料系統的汽車。

??? 車用壓縮天然氣裝置由天然氣儲氣系統、天然氣供給系統、油—汽燃料轉換系統三大部分組成。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、燃氣混合器、油—氣燃料轉換開關、點火時間轉換器等。當CNG汽車需用天然氣燃料時，駕駛員只要將油一氣轉換開關扳到“氣”的位置，此時汽油電磁閥關閉，高壓電磁閥打開，天然氣經三級減壓閥后與空氣混合，進入氣缸燃燒。減壓閥中的燃氣調節器與混合器配合，可以滿足發動機不同工況的要求。當需用汽油作燃料時，油一氣轉換開關板到“油”的位置，此時高壓電磁閥關閉，汽油電磁閥打開，從而恢復到原來的供油狀態，轉換操作非常靈活。

四、液化石油氣汽車技術現狀

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?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/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運輸車。LPG汽車需加裝電磁閥、減壓閥以及適應LPG組改變用的自動調節系統。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燃料系統的主要部件有：LPG氣瓶、蒸發調壓器、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，或進行重新設計。

? ??蒸發調壓器是整個燃料系統的關鍵部件。LPG在蒸發器中蒸發氣化，再經兩次減壓，受進氣管真空度的控制，按照發動機不同負荷配給混合比。通入發動機循環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，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。在國外的某些LPG燃料系統中還安裝有慣性快速截斷閥，當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。

? ??進入氣缸的液化石油氣量，除可用真空度、機械方式控制外，更為精確的控制是借助單片微機控制。由于控制精度高，發動機的性能更優。

??? 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行混合，進入氣缸?？諝馀c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現狀

? ??液化天然氣汽車與壓縮天然氣汽車主要區別在于加氣站、儲氣瓶和蒸發器。當液化天然氣蒸發成氣態后，其它系統與CNG汽車并無不同。

? ??液化天然氣汽車技術實質上主要是氣體深冷液化和儲存技術。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，由槽車從化工廠運來LNG儲存在罐內，儲存溫度-176.4℃，兩罐可單獨操作。使用低溫離心泵將儲罐內LNG經?