燃氣汽車:以天然氣為燃料的汽車-中文百科頻道

技術原理

燃氣汽車的發動原理與汽油汽車的原理一緻。當天然氣汽車發動機啟動後，天然氣從儲氣瓶通過軟管導入燃料，在發動機附近，天然氣将進入壓力調節器從而實現降壓。将高壓氣瓶中儲存的天然氣經過減壓後送到混合器中，燃料在四沖程發動機的混合器中與空氣混合。傳感器和計算機将對燃料和空氣的混合氣體進行調節，以便火花塞點燃天然氣時，燃燒更有效。然後，天然氣将進入多點順序噴射噴軌，該噴軌會将氣體引入氣缸中，仍然使用原汽油機的點火系統中的火花塞點火。

燃氣汽車的主要技術有：燃料的随車攜貯容器（鋁基複合材料、碳素纖維玻璃鋼材料，重量為鋼瓶的30－50%）、儲運、加氣站的設備與技術；供給系統與混合燃燒技術；燃氣噴射系統及閉環控制技術；内燃機上廣泛采用的電控噴射技術、增壓中冷技術、四氣門技術、稀薄燃燒技術等，以減少較汽油機帶來的功率損失（不大于10%）。

基礎設備

CNG加氣的主要設備包括：

CNG汽車加氣站；氣體預處理系統（進戰計量裝置、過濾器、幹燥器等）；壓縮機組；儲氣裝置；充氣優先級控制盤；售氣機。

按加氣所需時間長短的不同，CNG汽車加氣站可以分為兩類：一類是加氣速度可以與汽油或柴油系統相比的快充式；另一類是加氣時間要達到幾個小時的慢充式。

CNG汽車改裝設備

CNG汽車改裝檢測設備産品包括氣密性試驗裝置、氣瓶支架強度檢測、氮氣置換裝置、氣體洩漏檢測儀、手動試壓泵、真空泵等。

組成結構

壓縮天然氣（CNG）汽車系統通常包括：天然氣氣瓶、減壓調壓器、各類閥門和管件、混合器（或者天然氣噴射裝置）、各類電控裝置等。天然氣發動機還包括鍛造鋁合金、高壓縮活塞、鎳鎢硬化合金排氣門座和甲烷催化轉化器。[1-2]CNG汽車采用定型汽車改裝，在保留原車供油系統的情況下增加一套“車用壓縮天燃氣轉換裝置”。改裝部分由以下三個系統組。

（1）天燃氣系統。主要由充氣閥，高壓截止閥，天燃氣鋼瓶，高壓管線，高壓接頭，壓力表，壓力傳感器及氣量顯示器等組成。

（2）燃氣供給系統。主要由燃氣高壓電磁閥，三級組合式的減壓閥，混合器等組成。

（3）油氣燃料轉換系統。主要由三位油氣轉換開關，點火時間轉換器，汽油電磁閥組成。

CNG氣瓶是壓縮天然氣汽車的主要設備之一。氣瓶的設置和生産都由嚴格的标準控制。CNG車用氣瓶可以分為四類：第一類氣瓶是全金屬氣瓶，材料是鋼或鋁；第二類氣瓶采用金屬内襯，外面用纖維環狀纏繞；第三類氣瓶采用薄金屬内襯，外面用纖維完全纏繞；第四類氣瓶完全是由非金屬材料制成，例如玻璃纖維和碳纖維。

燃氣鋼瓶的瓶口處安裝有易熔塞和爆破片兩種保安全裝置，當氣瓶溫度超過100攝氏度，或壓力超過26MPa時，保安裝置會自動破裂卸壓，減壓閥上設有安全閥；氣瓶及高壓管線安裝時，均有防震膠墊，卡箍牢固。因此，該系統在使用中是最安全可靠的。

汽車以CNG做燃料時天燃氣經三級減壓後，通過混合器與空氣混合進入氣缸，壓縮天燃氣由額定進氣氣壓減為負壓，其真空度為49-69KPa。減壓閥于混合器配合可滿足發動機不同工況下混合氣體的濃度要求。

減壓閥總成設有怠速閥，用以供給發動機怠速用氣；壓縮機減壓過程中要膨脹做功對外吸熱，因此在減壓閥上還設有利用發動機循環水的加溫裝置；為提高該車的操作性能，駕駛室設置有油氣燃料轉換開關，用來同意控制油氣電磁閥及點火時間轉換器，點火時間轉換器由電路系統自動轉換兩種燃料的不同點火提前角；儀表闆上氣量顯示器的5隻紅綠燈顯示氣瓶的儲氣量；燃料轉換開關上還設有供發動機的供氣按鈕。

因此，功能齊全，操作非常方便。當燃料轉換開關置于天燃氣位置時，電磁閥打開，汽油閥關斷。儲氣瓶中天燃氣流經總氣閥，濾清器，電磁閥進入減壓器，經多級減壓至負壓，再通過動力閥進入混合器，并與空濾器中來的空氣混合點燃推動發動機曲軸轉動。混合器可在減壓器的調節下，根據發動機不同工況下産生的不同真空度，自動調節供氣量和空氣與天燃氣均勻混合，滿足發動機的供燃要求。

動力閥可改變天燃氣低壓管及截面積，調節混合氣閥關斷，原車供油系統恢複狀态正常供油，發動機正常運轉。控制系統主要由燃料轉換開關組成，通過控制汽油電磁閥和燃氣電磁閥的開關，實現供油供氣選擇。

盡管一般認為由于天然氣積碳少，機油更換的次數可以少一些，甚至例行的維護也可以少作一些，但汽車發動機和改裝系統的定期維護可以保障天然氣汽車與汽油車和柴油車相比具有更好的性能。

安全性能

天然氣汽車與汽油相比，壓縮天然氣本身就是比較安全的燃料，在安全性能方面主要有以下特征。

燃點高：天然氣燃點在650度以上，比汽油燃點427度高出223度，所以與汽油相比不易點燃。

密度低：與空氣的相對密度為0．48，洩漏氣體很快在空氣中散發，很難形成遇火燃燒的濃度。辛烷值高：可達130，比目前最好的97号汽車辛烷值高得多，抗爆性能好。

爆炸極限窄：僅5～15%，在自然環境下，形成這一條件十分困難。釋放過程是一個吸熱過程。當壓縮天然氣從容器或管路中洩出時，洩孔周圍會迅速形成一個低溫區，使天然氣燃燒困難。其次，壓縮天然氣汽車所用的配件比汽油車要求更高。

國家頒布有嚴格的天然氣汽車技術标準。從加氣站設計、儲氣瓶生産、改車部件制造到安裝調試等，每個環節都形成了嚴格的技術标準。設計上考慮了嚴密的安全保障措施。對高壓系統使用的零部件，安全系數均選用1．5～4以上，在減壓調節器、儲氣瓶上安裝有安全閥，控制系統中，安裝有緊急斷氣裝置。儲氣瓶出廠前要進行特殊檢驗。氣瓶經常規檢驗後，還需充氣作火燒、爆炸、墜落、槍擊等試驗，合格後，方能出廠使用。

此外，天然氣汽車有顯着的經濟效益。可降低汽車營運成本。天然氣的價格比汽油和柴油低得多，燃料費用一般節省50%左右，使營運成本大幅降低。由于油氣差價的存在，改車費用可在一年之内收回。可節省維修費用。發動機使用天然氣做燃料，運行平穩、噪音低、不積炭，能延長發動機使用壽命，不需經常更換機油和火花塞，可節約50%以上的維修費用。

标準規範欠缺也是燃氣汽車面臨的難題。車用液化石油氣加氣站和車用壓縮天然氣加氣站的設計規範、車用氣體燃料LPG、CNG等國家标準尚未完成；在加氣站建設和燃料質量的保證上還存在較多的問題；此外，中國在用的19萬多輛燃氣汽車的專用裝置來自十多個國家，有幾十種品牌，所用儲氣瓶組合閥絕大多數為進口件。由于缺乏統一的标準，檢驗環節薄弱，不同程度上存在着安全隐患。

發展前景

汽車尾氣的排放污染已成為中國大中城市的重要污染源而日益受到人們的關注。減少尾氣排放污染也已成為治理城市大氣污染的主要手段之一。1994年由科技部等部門新組建的國家清潔汽車協調領導小組及辦公室。正式啟動了“空氣淨化工程一清潔汽車行動”，力争在3—5年内使主要城市的空氣質量有明顯改善。“空氣淨化工程”首先将在占汽車總運行裡程約40%—50%的公共汽車和出租汽車行業内大力推廣清潔燃料如液化石油氣(LPG)等代用燃料汽車。

就目前來看，由于燃料經濟性明顯、運營線路固定且易于建設配套加氣站等因素，公交客運車和有固定路線的重卡比較适合使用LNG作為動力燃料。就與其他類别汽車優劣勢比較來看，LNG汽車比混合動力車便宜、續航裡程是CNG汽車的1.5倍、燃料成本低、排放清潔等優勢明顯，但是車輛性能稍差，加氣不便捷，車上無法長時間儲氣，不用時必須排掉，不太适用于年行駛約2萬km的短途私家車。

助燃問題

燃氣仍然是世界汽車代用燃料的主流，在中國代用燃料汽車中占到90%左右。[14-15]美國的目标是，到2010年，公共汽車領域有7%的汽車使用天然氣，50%的出租車和班車改為專用天然氣的汽車；到2010年，德國天然氣汽車數量将達到10萬至40萬輛，加氣站将由180座增加到至少300座。業内專家指出，替代燃料的作用是減輕并最終消除由于石油供應緊張帶來的各種壓力以及對經濟發展産生的負面影響。

中國仍将主要用壓縮天然氣、液化氣、乙醇汽油作汽車的替代燃料。汽車代用燃料能否擴大應用，取決于中國替代燃料的資源、分布、可利用情況，替代燃料生産與應用技術的成熟程度以及減少對環境污染等；替代燃料的生産規模、投資、生産成本、價格決定着其與石油燃料的競争力；汽車生産結構與設計改進必須與燃料相适應。