天然氣汽車

天然氣汽車以天然氣為燃料提供動力的汽車。天然氣的甲烷含量90%以上，是很好的汽車發動機燃料。天然氣汽車在世界和我國各省市得到了推廣套用。

天然氣汽車的優點有燃燒穩定、可減少發動機油耗量等。

基本介紹

• 中文名：天然氣汽車
• 動力燃料：天然氣
• 分類：氣體燃料汽車
• 優點：燃燒穩定、可減少發動機油耗量等

特點

鄭州市2012年開始推廣套用的是可分別燃用壓縮天然氣或汽油壓縮天然氣—汽油兩用燃料汽車，簡稱CNG汽車，今後還將大力推廣套用單燃料天然氣汽車。車用壓縮天然氣的壓力一般在20MPa左右。可將天然氣，經過脫水、脫硫淨化處理後，經多級加壓製得。其使用時的狀態為氣體。

1、燃燒穩定，不會產生爆震，並且冷熱起動方便。

2、壓縮天然氣儲運，減壓，燃燒都在嚴格的密封狀態下進行，不易發生泄露。另外其儲氣瓶經過各種特殊的破壞性試驗，安全可靠。

3、壓縮天然氣燃燒安全，積碳少，減少氣阻和爆震，有利於延長發動機各部件的使用壽命，減少維修保養次數，大幅度降低維修保養成本。

4、可減少發動機的機油消耗量。

5、使用壓縮天然氣與汽油相比，可大幅度降低，一氧化碳，二氧化硫，二氧化碳等的排放。並且沒有苯，鉛等致癌和有毒物質危害人體健康。

設計

系統

CNG汽車採用定型汽車改裝，在保留原車供油系統的情況下增加一套“車用壓縮天然氣轉換裝置”。改裝部分由以下三個系統組成。

（1）天然氣系統，主要由充氣閥，高壓截止閥，天然氣鋼瓶，高壓管線，高壓接頭，壓力表，壓力感測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。

燃氣鋼瓶的瓶口處安裝有易熔塞和爆破片兩種保全全裝臵，當氣瓶溫度超過100攝氏度，或壓力超過26MPa時，保全裝臵會自動破裂卸壓，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做燃料時天然氣經三級減壓後，通過混合器與空氣混合進入氣缸，壓縮天然氣由額定進氣氣壓減為負壓，其真空度為49—69KPa。減壓閥於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。

天然氣汽車

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臵；為提高該車的操作性能，駕駛室設臵有油氣燃料轉換開關，用來統一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；儀錶板上氣量顯示器的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。當燃料轉換開關臵於天然氣位臵時，電磁閥找開，汽油閥關斷。儲氣瓶中天然氣流經總氣閥，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，並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產生的不同真空度，自動調節供氣量和空氣與天然氣均勻混合，滿足發動機的供燃要求。動力閥可改變天然氣低壓管及截面積，調節混合氣閥關斷，原車供油系統恢復狀態正常供油，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。

天然氣汽車的工作原理與汽油汽車的原理一致。簡言之，天然氣在四衝程發動機的氣缸中與空氣混合，通過火花塞點火，推動活塞上下移動。儘管天然氣與汽油相比，可燃性和點火溫度存在一些差別（參見下表），但天然氣汽車採用的是與汽油車基本一致的運行方式。

特性	天然氣	汽油	柴油
可燃性極限; （在空氣中的容積百分比）	5-15	1.4-7.6	0.6-5.5
自動點火溫度 (℃)	450	300	230
最高燃燒溫度 (℃)	1884	1977	2054

燃料存儲

大多是使用壓縮天然氣來供氣運行的。天然氣被壓縮為20-25MPa，然後再泵入連線至汽車後部、上部或支架的高壓筒形氣瓶。 早期天然氣汽車的儲罐體積很大，占據了大量的後備箱空間，但是已開發出新一代輕量級氣瓶。 這些全複合的氣瓶又稱為集成存儲系統 (ISS)，外面包裹著玻璃纖維外殼和緩衝泡沫，可防止在事故中因衝擊而遭受損壞。此外，這些氣瓶的另一個特點是直徑小，這樣就可以將三個氣瓶放置在一起，最大限度的節省存儲空間。

發動機

天然氣汽車的發動原理是，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，天然氣將進入壓力調節器從而實現降壓。 然後，天然氣將進入多點順序噴射噴軌，該噴軌會將氣體引入氣缸中。 感測器和計算機將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。 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。

底盤

為燃料存儲罐騰出更多空間，改裝天然氣汽車需要對汽車的懸架系統進行一些改進。 有時，在汽車的後部，會採用半拖臂懸架系統替換橫向穩定桿懸架系統，這就為後部的支架提供了更多的空間，同時還可提供流暢舒適的乘駕感。天然氣汽車還除去備用輪胎和千斤頂，從而實現了平底板式設計。 為彌補沒有備用輪胎和千斤頂的不足，車上安裝了“低壓安全胎”，為更換輪胎提供基本保障。

分類

CNG汽車

按照所使用天然氣燃料狀態的不同，天然氣汽車可以分為：

壓縮天然氣（CNG）汽車。壓縮天然氣是指壓縮到20.7—24.8 MPa的天然氣，儲存在車載高壓氣瓶中。壓縮天然氣（CNG）是一種無色透明、無味、高熱量、比空氣輕的氣體，主要成分是甲烷，由於組分簡單，易於完全燃燒，加上燃料含碳少，抗爆性好，不稀釋潤滑油，能夠延長發動機使用壽命。加工成本相對較低，極難液化，CNG汽車最大的缺點是高壓鋼瓶過重，體積大且儲氣量小，占去了汽車較多的有效重量，限制了汽車攜帶燃料的體積，導致汽車連續行駛里程短，另外因鋼瓶的存儲壓力高，也具有一定的危險性；

天然氣汽車

LNG汽車

液化天然氣（LNG）汽車。天然氣在常壓下冷卻至-162℃後液化形成LNG，其燃點為650℃，爆炸極限為5%~15%，安全性較高。LNG汽車可以明顯的壓縮天然氣體積，一次充氣，可以行駛500km甚至1000km以上，非常適合長途運輸使用。與CNG汽車相比，LNG汽車在安全、環保、整車輕量化、整車續駛里程方面都具有優勢。

液化石油氣（LPG）是一種在常溫常壓下為氣態的烴類混合物，比空氣重，有較高的辛烷值，具有混合均勻、燃燒充分、不積碳、不稀釋潤滑油等優點，能夠延長發動機使用壽命，而且一次載氣量大、行駛里程長。

世界上使用較多的是壓縮天然氣汽車。

按照燃料使用狀況的不同，天然氣汽車可分為：

專用燃料天然氣汽車。發動機只使用天然氣作為燃料。

兩用燃料天然氣汽車。既可以使用天然氣也可以使用汽油作為燃料。

雙燃料天然氣汽車。可以同時使用液體燃料和天然氣。

壓縮天然氣汽車

汽車使用的天然氣除被儲存時壓縮到高壓以外，與民用和工業用天然氣沒有什麼區別。壓縮天然氣（CNG）是指壓縮到3000-3600psig（20.7-24.8MPa）的天然氣。天然氣通過售氣機，按重量（以千克為單位）或當量汽油升（GLE，以與汽油所含能量相等為基礎）計量後加到汽車中。天然氣的辛烷值在122-130之間。

壓縮天然氣（CNG）汽車燃料系統通常包括：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。

CNG氣瓶是壓縮天然氣汽車的主要設備之一。氣瓶的設定和生產都由嚴格的標準控制。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；第二類氣瓶採用金屬內襯，外面用纖維環狀纏繞；第三類氣瓶採用薄金屬內襯，外面用纖維完全纏繞；第四類氣瓶完全是由非金屬材料製成，例如玻璃纖維和碳纖維。

儘管一般認為由於天然氣積碳少，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，但我們認為汽車、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。

天然氣汽車主要部件：減壓器，混合器或噴規；開環防真器1套或燃氣電腦一隻；轉換開關總成 1套；動力調節閥 或天然氣過濾器1隻；高壓鋼管φ6×1：0.8KG；導氣管1隻；排氣管1米；穩固件包1包；低壓管φ19：1米；低壓管φ16 0.3米；卡箍φ16-27 4隻；卡箍φ22-φ32 1隻；卡箍φ34 1隻；充氣閥1隻。氣瓶及氣瓶支架一組。

評價

⑴天然氣汽車是清潔燃料汽車.天然氣汽車的排放污染大大低於以汽油為燃料的汽車，尾氣中不含硫化物和鉛，一氧化碳降低80%，碳氫化合物降低60%，氮氧化合物降低70%.因此，許多國家已將發展天然氣汽車作為一種減輕大氣污染的重要手段.

⑵天然氣汽車有顯著的經濟效益.

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.由於油氣差價的存在，改車費用可在一年之內收回.

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.

⑶比汽油汽車更安全

首先與汽油相比，壓縮天然氣本身就是比較安全的燃料.這表現在：

燃點高.天然氣燃點在650.c以上，比汽油燃點（427.c）高出223.c，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，泄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96號汽車辛烷值高得多，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泄出時，泄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.表現在：

國家頒布有嚴格的天然氣汽車技術標準.從加氣站設計、儲氣瓶生產、改車部件製造到安裝調試等，每個環節都形成了嚴格的技術標準.

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，安全係數均選用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.

中外發展天然氣60年來，從未出現過因天然氣爆炸、燃燒而導致車毀人亡的事實證明，壓縮天然氣汽車是十分安全可靠的.

⑷cng汽車的動力性略有降低.燃用天然氣時，動力性略下降5~15%.

⑸改裝一次性投資較大，改裝一輛cng汽車大約需4000-6000元，隨著日後技術的不斷進步，費用會繼續降低。