CNG系统在客车上的应用

王耀前，王华伟，陈建设

（郑州宇通客车股份有限公司，郑州 450016）

随着石油能源供给日趋紧张和人们对环保要求的提高，开发新型动力、环保节能的天然气（NG）客车成为现今客车产品的主要方向。

天然气（NG）汽车是目前最具有推广价值的低污染、低消耗的汽车之一。天然气（NG）汽车又分为压缩天然气（CNG）汽车与液化天然气（LNG）汽车[1]。我国西部地区天然气（NG）资源十分丰富，而且相关配套设施（如气站建设等）和法规政策逐渐完善。因此，结合自身地域资源优势，在西部地区，相关客车生产企业推出采用CNG燃料的客车正成为越来越重要的选择。

1 压缩天然气（CNG）客车的特点

CNG客车以压缩天然气为燃料，压缩天然气在25 MPa左右的压力下储存在车内类似于油箱的气瓶内。CNG客车与传统柴油客车相比以及在安全性方面具有以下特点[1-2]：

1）节约燃料费用，降低运输成本。

2）比燃油安全性高。CNG自燃温度为570℃，柴油自燃温度为260℃。同时，天然气相对空气的比重为0.6～0.7。一旦泄漏，可在空气中迅速扩散，不易在户外聚集达到爆炸极限。

3）CNG燃料抗暴性能好。CNG作为汽车燃料不需添加剂，如铅等抗爆剂。

4）CNG汽车具有很好的环保效果。使用CNG替代柴油作为汽车燃料，可使CO排放量减少50%，CH化合物减少80%、NO化合物减少80%、SO2减少100%，而且CNG不含铅、苯等制癌的有毒物质。

5）燃用CNG可延长汽车发动机的维修周期。无重烃，可减少积碳，延长汽车大修理时间20%以上，润滑油更换周期延长到1.5万km，提高了发动机寿命。

6）专用的CNG发动机，与柴油机平台相近，但需开发适用燃用CNG特定的燃烧系统、电控系统和后处理开发。

7）CNG气瓶有特定的安全保障措施，当气瓶温度或压力超过标准时，会自动卸压确保安全。

8）燃气装置的多种安全保护措施，如过流保护阀、手动高压截止阀的应用，确保在燃气系统异常或长时间停车状态下，切断燃气供应管路。

9）专业化的气路安装和检测设备，并有专用气路密封检测系统，保证燃气管路的密封性。

2 客车CNG系统及其工作原理

客车CNG系统[3-6]主要由储气系统、调压系统、安全保护及电控系统组成。其中储气系统包括气瓶组、高压管路、操控面板及剩余气量显示系统等；调压系统包括高压球阀、高压过滤器、一级减压器、高压电磁阀、检测接口、安全阀等；安全保护及电控系统包括高压球阀、高压过滤器、一级减压器、高压电磁阀、检测接口、安全阀等。其工作原理如图1所示。

客车CNG系统所用储气瓶主要采用玻璃纤维缠绕瓶，有时因成本考虑，也可采用钢瓶。储气瓶的工作压力一般在20 MPa左右。

操控面板主要包括充气阀、压力表、充气截止阀和系统排空阀。充气阀—实现对气瓶的快速充气；压力表—显示气瓶中的剩余压力；充气截止阀—充气结束后，安全截断充气通路；系统排空阀—系统维修时，安全排空供气管路中的余气。充气单向阀只作为气瓶充气时的通路，在供气时，自动切断CNG通路。

过流保护装置由过流保护阀、高压电磁阀、电控模块和连接管路四部分组成。主要作用：当CNG燃气供给系统出现超量泄漏时，过流保护装置能够自动关断系统气源，以达到安全、保护的功能。

调压系统主要作用为通过对压缩天然气的压力调节，使之达到二级减压器进气压力要求。

车辆起动前，驾驶员留意剩余气量显示器显示和操控面板压力表气量读数，确保气瓶内压力不低于2 MPa。低于2 MPa时，车辆必须加气。如CNG气体压力正常，则需打开高压球阀。车辆起动后，CNG气体经过流保护装置前的压力一般在20 MPa，经过调压系统后压力一般在0.85 MPa，经二级减压后达到CNG发动机所需的进气压力要求。最后天然气与空气在混合器中混合，从而提供给发动机燃料。燃烧后的气体（碳氢化合物）经过催化转化器排到大气中。

3 客车CNG系统的布置方案及其特点

客车CNG系统针对不同的客车用途一般有多种布置方案。较典型的布置方案[7]有以下四种：

1）发动机前置公路客车。底盘中间部分：CNG系统储气瓶纵向布置在车架的左右两侧或一侧；其底盘后段部分：储气瓶横向布置在底盘末端，如图2所示。当然，对在发动机前置城市客车，其底盘后段部分的储气瓶一般布置在车架上方。

该布置方案的特点：受前门位置和空间的约束限制，能充分利用现有底盘的空间，且整车轴荷分配较为合理。

2）发动机后置城市客车。底盘中间部分：CNG系统储气瓶纵向布置在车架的左右两侧或一侧；当储气瓶容积达不到要求时，需增加储气瓶时，一种将储气瓶布置在整车顶盖骨架上，如图3所示；另一种将储气瓶布置在后置发动机上方的空间，如图4所示。

图3布置方案的特点：增大城市客车中部站立空间，将部分储气瓶布置于前桥顶盖骨架处，整车轴荷分配更为合理。

图4布置方案的特点：受顶盖骨架部分空调布置的需要，将储气瓶布置在发动机舱体上方，单独开舱门，维修更加方便。

3）发动机后置公路客车。底盘中间部分：CNG系统储气瓶横向布置在三段式车架的舱体内；当储气瓶容积达不到要求时，需增加储气瓶时，将增加的储气瓶布置在整车顶盖骨架上，其布置如图5所示。

该布置方案的特点：三段式舱体同时考虑柴油、CNG气瓶状态，兼顾前后桥的承载能力和整车轴荷的分配，满足现有前后桥承载的要求，更大程度地降低整车成本。

上述四种布置方案在CNG客车的布置中较为典型，考虑部分细分市场情况下的底盘结构略有不同，客车CNG系统的布置可以在上述四种布置方案中衍生。

客车CNG系统在布置时，除应满足文献[5]和文献[11]对燃料系统的要求外，还应重点注意：当CNG气瓶布置于顶盖骨架时，通气口的开口方向应尽可能地减少风阻，且能保证将泄漏气体迅速排向车外；当CNG气瓶布置于舱体时，一般常在CNG气瓶阀体端舱门处加开格栅。格栅通气口的面积要求应不小于450 mm2。

由于受CNG储气瓶的体积、重量的限制，同时，相同续驶里程下的CNG客车较普通柴油客车重500～800 kg，因此，在布置客车CNG系统时，应重点考虑并计算CNG客车的整备质量、客车最大总质量下的前后轴荷分配以及行李舱的容积是否满足相关营运等级要求对CNG客车的影响。除此之外，也应考虑加气面板加气时的方便性、储气瓶阀体与周边的空间安全距离。

4 结束语

本文介绍了不同客车细分市场情况下，客车CNG系统的四种布置方案及其特点，期望抛砖引玉，能够为客车其它燃料系统的布置起到一定的引导作用。同时，随着我国天然气气源的持续开发和相关加气站等加气设施的推广和普及，CNG客车正成为客车市场的另一快速增长点。CNG汽车以其绿色、环保、低耗能、较高的燃烧特性、较低的运营成本将会得到越来越广泛地应用。

[1]GB/T 8047-2000，汽车用压缩天然气[S].北京：中国标准出版社，2000.

[2]邓舒友.车用 CNG 装置[J].客车技术与研究，2001，23（2）：22-23.

[3]QC/T 245-2002，压缩天然气汽车专用装置技术条件[S].

[4]GB/T 18437.1-2009，燃气汽车改装技术要求第1部分：压缩天然气汽车[S].北京：中国标准出版社，2009.

[5]GB/T 19240-2003，压缩天然气汽车专用装置的安装要求[S].北京：中国标准出版社，2004.

[6]邵毅明.压缩天然气汽车改装与维修[M].北京：人民交通出版社，2004.

[7]刘世涛，周君兰.JS6800型CNG动力城市客车设计[J].客车技术与研究，2007，29（5）：7-8.

[8]GB 7258-2012，机动车运行安全技术条件[S].北京：中国标准出版社，2012.