浅析天然气汽车应用技术

蒋运劲

摘 要：《大气污染防治行动计划》（2013年）提出要积极推广新能源汽车，在环卫、公交、私家车等领域中投入应用，通过财政补贴、直接上牌等举措鼓励人们应用新能源汽车，在此计划支持下一线城市率先高比例应用新能源汽车，为有关汽车研究制造、技术革新、生产推广累积经验。其中，天然气汽车作为新能源汽车一种，因具有节能环保、经济高效等优势，一经推出受到市场广泛关注，有关技术手段与时俱进，旨在满足新能源汽车应用需求。本文通过探析天然气汽车应用技术，以期助推新能源汽车良性发展。

关键词：天然气汽車;应用;技术

天然气汽车主要是指应用天然气驱动的汽车，其中甲烷含量约高于90%，属于较优汽车动力燃料，是世界公认最为成熟且可以代替柴油、汽油的汽车技术并在世界各地广泛应用。基于此，为助推汽车产业良性发展，探析天然气汽车应用技术显得尤为重要。

1 天然气汽车应用技术设计原理

与汽油汽车应用技术原理相比，二者存在相同之处，四冲程发动机气缸内天然气与空气混合，在活塞点火后使之上下移动。与汽油、柴油相比，天然气可燃性极限更高，约为5%-15%（空气中容积比率），自动点火温度更高，约为450℃，最高燃烧温度较低，约为1884℃，汽油最高燃烧温度约为1977℃，柴油约为2054℃，继而为天然气汽车应用技术设计奠定基础。

1.燃料存储设计。多数汽车应用压缩天然气提供动能，被压缩后天然气约为20—25MPa，在此基础上泵入连接上部、后部及支架部高压筒形气瓶中。在天然气汽车应用技术设计初期筒体占用较大空间，为节约空间，减轻汽车重量，设计推出轻量级气瓶以及全复合气瓶，经由ISS（汽车存储系统）予以应用，在气瓶外侧包裹缓冲泡沫及玻璃纤维外壳，旨在避免发生事故后因碰撞使气瓶遭受损坏，同时新型气瓶直径小，能够将3个气瓶设计在一起，达到节约储能空间目的[1]。

2.发动机设计。天然气汽车在启动发动机后储能结构经由软管导入燃料，压力调节器负责降低天然气压力，使燃料可以被汽车所利用，而后燃料导入多点顺序喷射喷轨，将气体注入气缸内，计算机及传感器针对空气、燃料混合气体加以调节，保障火花塞可以成功点燃燃料。当前天然气汽车发动机还包含甲烷催化转化器、镍钨硬化合金排气门座、高压缩活塞、锻造铝合金等结构，确保发动机可以良性运转。

3.底盘设计。为保障天然气汽车结构更为轻便，储能空间更大，针对悬架系统加以改进，使天然气汽车应用效果更优。例如，在汽车后部应用半托臂悬架系统，使支架结构能够腾出更多空间，驾乘感受更为流畅舒适，同时除去千斤顶、备用轮胎，落实平底板模式设计目标，在此基础上安装“低压安全胎”，确保天然气汽车可以更换轮胎。

4.天然气汽车类型设计。第一，CNG（压缩天然气汽车）。应用20.7—24.8MPa天然气的汽车即压缩天然气汽车，CNG为高热量、无色透明、较轻、无味气体，甲烷为其主要成分。当前高压钢瓶减重设计及体积压缩设计是CNG主要技术发展方向，旨在延长天然气汽车驾驶里程;第二，LNG（液化天然气汽车）。应用-162℃常压冷却天然气的汽车即液化天然气汽车，爆炸极限在5%-15%范围内，燃点为650℃，相对较为安全，一次充气通常情况下可以驾乘500km—1000km;第三，LPG（液化石油气汽车）。用气态烃类混合物作为燃料的汽车则为液化石油气汽车。通过多种能源混合应用技术设计，满足汽车行运需求[2]。

2 天然气汽车应用技术优势

1.清洁。天然气汽车技术的广泛应用可加大清洁能源利用力度，与汽油燃料汽车相比，天然气汽车尾气中一氧化碳含量<80%，氮氧化合物含量<70%，碳氢化合物含量<60%，不含铅及硫化物，为此诸多国家将天然气汽车技术的应用视为解决大气污染问题重要举措。

2.节约成本。与汽油、柴油价格相比，天然气价格更为低廉，能够节约50%燃料费用，在石油价格攀升及能源危机背景下，天然气汽车应用技术可以满足更多消费者汽车代步需求，同时改车费用在油气差价基础上一年内能够收回。汽车发动机应用天然气作为燃料不积碳、噪音低、摩擦小、运行平稳，使发动机使用寿命得以延长，火花塞、机油无需经常更换，能够节约50%维修费。

3.安全。天然气燃点为650℃，汽油燃点为427℃，与之相比天然气燃点更高;空气与天然气相对密度约为0.48，在气体外泄后能够尽快消散在空气内，极少情况形成燃烧浓度，汽油泄漏后极容易遇火燃烧;辛烷值约为130，与96号汽车相比辛烷值较高，具有良好的抗爆性，爆炸极限在5%-15%范围内，在客观环境下极难形成爆炸条件[3]。

3 天然气汽车应用技术结构

天然气汽车囊括混合器、减压器、燃气电脑、转换开关、天然气过滤器、高压钢管、导气管、排气管、低压管、稳固包、充气阀、气瓶、气瓶支架以及卡箍φ341只、φ22—321只、φ16—274只等结构。当前压缩天然气汽车技术应用较为普遍，加设车用压缩天然气转换系统，改装技术可从以下几个部分进行分析：其一，天然气系统。由高压接头、高压管线、天然气钢瓶、高压截止阀、充气阀、压力传感器、压力表、气量显示器等部分构成天然气系统;其二，燃气供给系统。由混合器、减压阀（三级组合式）、高压电磁阀等部分构成燃气供给系统;其三，由汽油电磁阀、点火时间转换器、三位油气转换开关构成燃气供给系统。

将爆破片、易熔塞安装在燃气钢瓶瓶口位置，在该结构温度>100℃或压力>26MPa后，通过自动爆破泄压，将安全阀安装在减压阀上，在高压管线、气瓶安装时设置防震胶垫并用卡箍扎紧，确保该系统安全可靠。在应用压缩天然气时结构经三级减压及混合器处理将燃料注入气缸，燃料处于负压状态，真空度在49—69KPa范围内。混合器与减压阀相互配合使发动机处于各类工况均可保障混合气体浓度达标。将怠速阀设置在减压阀上，确保天然气汽车怠速用气充足，在燃料压缩膨胀进程中需吸收外界热量，为此还需将加温装置及发动机循环水设置在减压阀上。为保障天然气汽车操作性能更高，将燃料转换开关设置在驾驶室内，旨在统一操控点火时间及油气输出系统。在仪表板上显示气瓶储能情况，供气按钮设置在燃料转换开关结构上，通过操控该开关保障油气自由转换。天然气内燃料经由减压器、总气阀、滤清器减压并处于负压状态，由动力阀注入混合器，通过与空气混合点燃并转动曲轴。受减压器调控，根据天然气汽车不同工况调节真空度，确保空气、燃料充分混合且满足供气需求，使发动机正常运转，在天然气应用技术加持下提高驾乘质量[4]。

4 天然气汽车应用技术发展趋势

虽然天然气汽车具有清洁环保、安全稳定等技术应用优势，但仍兼具动力性能下降，改装一次成本投入较多，所用配件要求较高等应用劣势，需天然气汽车应用技术不断发展，满足新时代可持续发展背景下人们驾乘汽车切实需求。

1.改装技术。为保障天然气汽车得以广泛应用，国家针对汽车改装提出严格要求及管理规定，在改装前提出申请，在申请批复后填写改装表并由指定企业负责改装，办理改装合格手续，驾驶员进行培训，待培训合格后可以驾驶天然气汽车。要求发动机最大扭矩、最大功率设计标定值不低于90%，根据天然气汽车安全行驶需求设计技术指标。例如，发动机压缩比应高于7.3，压力差低于平均缸压5%，气缸各部压力超0.85MPa，进气管怠速真空度小于-0.0567MPa;蓄电池启动电压应超8.5V，空载电压应超12.4V，分电器分度误差小于1，白金电压小于0.2V，不积碳且火花塞间隙合理。

2.维护保养技术。维修保养是延长天然气汽车使用寿命的重要技术，在出行前需检查零部件紧固情况，针对管线、气质、连接处进行检查，及时解决泄漏問题。以月为单位检查各级减压阀、电磁阀芯、管线滤芯等结构压力，同时以6个月为基准检查供气系统，及时更换损坏部件。根据《气瓶安全监察规程》以2年为周期进行检测。保持燃气系统完整、清洁。驾驶员不得私自改装燃气结构。

3.技术创新。创新是赋予天然气汽车应用技术无尽发展动力的重要条件，为此技术人员需根据国家标准不断针对有关技术加以创新，以汽油及CNG两用汽车为例，可通过调整燃料供给，加大点火能量，控制混合器、减压调节器距离，适当加大点火提前角等方式，使天然气汽车发动机、混合器配合更为高效稳定。在技术革新进程中应用大数据资源，通过统筹天然气汽车应用技术发展有关资料探析技术创新实践突破口，优化调配新时代天然气汽车应用技术发展资源，使发动机能耗降低，汽车动能更强，助推天然气汽车技术良性发展。

5 结束语

综上所述，为使天然气汽车技术得以有效应用需加大研究力度，累积技术应用经验，优化技术应用结构，发挥技术应用优势，完善技术应用原理，使天然气汽车得以与时俱进，继而满足新时代可持续发展背景下人们应用汽车的切实需求。

参考文献：

[1]张启波，仇昱皎，张护国.天然气净化装置偏差处置及管理模式构建[J].华北科技学院学报，2019，16（5）：39-44.

[2]马永新，姜明月.车用天然气发动机技术及其应用[J].内燃机与配件，2018（19）：207-208.

[3]杨萌.关于天然气汽车应用技术的研究[J].科学技术创新，2017（14）：34.

[4]赵斌，李秋硕.浅析混氢天然气HCNG在汽车行业的应用[J].客车技术，2017（4）：3-6.