浅析清洁能源在重型汽车上的应用

马凤清

（（中信机电制造公司科研设计院，山西 侯马 043007）

1 国内清洁能源的应用情况

1.1 国内LNG开发应用情况

国外LNG技术的开发与应用已成熟。20世纪90年代，我国开始LNG的研发利用工作。目前，我国在液化天然气的生产、储存、运输、气化、汽车加气等方面的技术都已成熟。同时，LNG发动机以天然气为单一燃料，是在充分发挥天然气特性的基础上，各发动机厂家对发动机自身结构进行了针对性改造，使得其整体性能得以大大提高。目前上柴、潍柴、玉柴等国内大型发动机厂家已经陆续推出成熟机型，市场表现良好。

1.2 山西煤层气资源及应用情况

1.2.1 山西煤层气资源情况

山西是全国煤层气资源富集地区，煤层气资源非常丰富，储量超过10万亿m3，约为全国煤层气资源储量的1/3。有效利用煤层气资源对促进山西省及其周边区域能源结构调整有着积极的作用。煤层气资源应用于重型汽车燃料，也符合国家和山西省开发利用新能源、调整能源利用结构、节能减排的政策。

1.2.2 煤层气应用问题

目前，山西LNG产品从抽取、压缩、深冷等技术都比较成熟。

2 关键技术的探讨

煤层气重型汽车开发

2.1 总体思路

针对山西丰富的煤层气资源，进行市场调研，结合区域用户的使用要求，在普通6×4重型牵引车基础上，整合国内气体发动机、液化煤层气贮气瓶和燃气供给系统等相关优势技术资源，进行专项开发设计，匹配优化，形成液化煤层气燃料重型车辆技术方案。

2.2 总体方案

1）6×4牵引车主要技术指标，见表1。

2）在总体布置上系统地分析该类车型的特点，通过讨论及评审，确定在车辆前轴与中桥之间，驾驶室后部，车架上翼面布置集成燃气瓶及支架总成，保证预留其余部件所占用的安装空间及操作空间，使整车总体结构布置紧凑，见图1，也使得各轴荷分配更合理。该布置方案不占用底盘两侧的空间，在保证挂车前回转半径的情况下，从而实现轴距最短。大大地节约了整车可利用空间，从而轴距明显缩短，牵引车及挂车机动性更灵活。

表1 6×4牵引车主要技术指标

图1 总体布置方案

3）整车轻量化设计，满足限载要求。车架采用轻量化高强度的610L钢板，在降低车架重量的同时，强度达到原设计水平；前悬架选用少片簧结构，总重较多片簧结构约减轻60 kg等，整车整备质量9 800 kg。

4）采用整车性能模拟计算软件AVL-CRUISE，建立了整车模型并通过试验验证了模型及计算结果的正确性。利用CRUISE软件计算各工况下车辆的燃料消耗率，结合发动机特性曲线，分析了影响车辆动力性和经济性的导致因素，通过重新匹配传动系，从而达到了整车动力性（动力性计算结果见表2）、燃油经济性的匹配合理[1]。

表2 动力性匹配计算结果

2.3 燃气瓶托架的设计及分析

燃气瓶托架是该车型的关键件。气瓶托架设计为双层整体框架结构，见图2，框架内的2个气瓶被分为两层，每层气瓶通过下部半圆鞍型支座，上部橡胶垫条及宽箍带紧固的安装方式，从而使每个气瓶的6个自由度均得到限制。

图2 双层整体式托架组件图

该套托架又方便地对每一个气瓶进行维护和检查。外框架呈矩形结构，可有效地保护绝热瓶及相关部件免受因外力导致损坏。由于采用模块化设计理念，使其在其他车型上的运用通用化程度更高[2]。

3 LNG技术应用验证

按照QC/T 257-1998《压缩天然气汽车定型试验规程》等规定，对1辆LNG牵引车样车进行整车参数测量、基本性能、天然气专用装置和安装要求检查、操纵稳定性试验，10 000 km可靠性行驶试验。可靠性行驶试验里程分配：山区公路2 000 km、高速行驶3 000 km、坏路5 000 km。

试验结果表明：

1）样车主要技术参数、基本性能符合企业标准及有关国家标准的要求；

2）样车的天然气专用装置和安装要求检查符合国家有关标准的要求；

3）10 000 km可靠性行驶试验结果满足汽车产品设计定型要求。

4 社会及经济效益

4.1 社会效益显著

该技术利用煤炭开采过程中排出的煤层气（瓦斯）作为汽车燃料，使废气变成了绿色燃料。使用煤层气代替柴油作为汽车燃料，基本无污染。此外，抽采煤层气，减少了煤矿开采工作面的瓦斯含量，极大促进了煤矿安全生产，社会效益极其显著。

4.2 经济效益可观

根据用户试用统计数据结果表明，使用LNG液化天然气的燃气车，每公里较燃油车省0.8元人民币，使用LNG作燃料比柴油节约燃料成本30%，运营里程越长，经济性越明显[3]。

5 结束语

通过研究和开发应用，LNG在重型汽车上的应用技术可行，满足国Ⅳ排放标准要求，最大续航里程可达1 000 km以上。经济可行，具有较好的社会效益。

但是，现有加气站数量少，气源供应不足，难以满足客户的需求，省内各地加气站还未形成网络。建议：政府给予重点关注和支持，有效地解决配套政策和配套设施，促进技术应用带动经济行业快速发展。

[1]余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，1996.

[2]张道文.天然气汽车技术改进[J].天然气工业，2006（2）：36-39.

[3]周士崇.燃气汽车的应用及其发展[J].辽宁交通科技，2000（1）：77-80.