油改气对汽车发动机的影响浅析

钱成彬

摘 要：汽车尾气排放严重污染环境，油改气成为一项重要的解决方案被广泛采用。通过探究汽车发动机油改气的工作原理，发现油改气后发动机存在燃烧不充分、动力不足、故障增多等问题，进而提出加装高能点火线圈、进气增压器及提升天然气活性的方法来完善油改气技术，以降低油改气导致的不利影响，提高发动机动力、延长发动机使用寿命。

关键词：发动机;油改气;工作原理;影响

Abstract： Vehicle exhaust emissions seriously pollute the environment， and oil-to-gas conversion has become an important solution and is widely used. By exploring the working principle of changing oil from gas to automobile engine， it is found that the engine has insufficient combustion， insufficient power， and increased faults after changing from oil to gas. Then it proposes ways to install high-energy ignition coils， intake superchargers， and improve the activity of natural gas Improve oil-to-gas technology to reduce the adverse effects of oil-to-gas conversion， increase engine power， and extend engine life.

Keywords： Engine; Oil to gas; Working principle; Affect

1 前言

隨着环境污染的不断加剧，燃油成本不断上升，汽车油改气应运而生。油改气有效减少了石油的消耗，降低了环境污染，减轻了车主的经济负担，得到了广泛的认可[1]。欧美是现代油改气技术研究的领军者。美国在2003年天然气汽车就已经突破十万辆，并且制定了相关的政策法规。我国油改气技术起步较晚，经过十余年的发展，油改气技术也日趋成熟。截至2018年底，我国天然气汽车保有量为670万辆，加气站保有量9000座，连续四年居世界第一[2]。

汽车油改气也会对发动机的性能带来一定的影响，燃用天然气会降低发动机的动力输出，在较高负重或者爬坡的情况下油改气汽车显得有气无力，甚至出现直接熄火的情况。目前，国内外对发动机动力下降的问题都无法完美解决，只能通过调整发动机的一些参数来配合天然气的理化特性，最大程度上的提升发动机的动力[3]。

2 油改气的结构和原理

以汽油机改装的两用燃料发动机为研究对象。

2.1 油改气改装结构

油改气汽车增设了一套燃气系统，一般是将气瓶放置在后备箱里面，相关外部部件包括：加气阀、压力传感器、高压接头和配套管线、高压管线及增压器等。

供给内部配件主要由燃气高压电磁阀、三级组合式的减压阀、热交换器、节温器、混合器、油气转换开关、喷轨、氧传感器等多个部件组成[4]。如图1所示。

2.2 油改气改装的工作原理

汽车在加气站向储气罐中充入20-25Mpa的压缩天然气。天然气中含有少量的杂质，因此需要用天然气过滤器过滤。同时，油改气汽车ECU控制天然气高压电磁阀通电打开，将过滤后的天然气输送到三级高压减压器。高压天然气通过阀口进入减压器一级减压腔，被大幅度减压。根据气体的化学性质可知，气体压力突然巨幅降低，将导致气体膨胀吸热，可能使减压器和附近的管线被冻住而发生的堵塞。为了防止结冰，在减压器和混合器之间还装有热交换器，利用发动机水循环系统的水对一级减压后的天燃气进行加热。为了保证天然气温度的恒定，通常由安装在缸盖的节温器对加热水流量进行调控。

天然气在三级高压减压器内降至低压，经过发动机循环水的加热，形成低压适温的天然气。然后，油改气汽车ECU通过空气流量感应器送出的信号，调节适量的天然气进入混合器与泵入的空气混合。在混合器中天然气与空气混合一定的浓度后，达到最佳空燃比，最后进入气缸。混合气在气缸内燃烧做工后，排气管打开，排出废气。氧传感器随即测算出燃烧后废气的氧浓度。油改气汽车ECU依照氧传感器反馈回来的信号，通过改变三级减压调节器到混合器之间的低压通道通过面积，来调控天然气的流量，以使天然气燃烧做功能够达到最优化。

3 油改气对发动机的影响

汽油机是根据汽油的相关特性而设计研发的，发动机相关参数也是针对于汽油优化设置的。因为天然气和汽油的理化性质有着很大不同，发动机油改气用汽油机燃烧天然气，对发动机肯定会产生影响，发动机的性能也势必会有所变化。

3.1 动力性

油改气之后，发动机的动力性受到空燃比、点火提前角和压缩比的影响，汽车的动力明显比燃用汽油时低。

（1）空燃比影响发动机的动力性。由于天然气是气态燃料，占据一定的体积。而油改气后发动机还是原汽油机，气缸体积不变，天然气在进气时的体积占比大，会导致空气的进入量减少，使天然气和空气的混合气的热值比汽油低，导致天然气燃烧后释放的热量比汽油燃烧后释放的少。如图2所示，当转速不变的情况下，汽车发动机燃用天然气的功率比汽油低。

（2）点火提前角影响发动机的动力性。因为天然气燃料的辛烷值高达130，抗爆性表现较好，导致火花塞点火的难度大大增加，火花塞的工作效率下降。当选择燃用天然气时，汽油机的点火提前角应该调整到适合天然气燃料的数据，正常都是提前8-15度。因为汽油机的点火相位和天然气的基本属性不适配，造成汽车回火放炮，功率下降启动困难等[5]。

如图3可知，在不加装点火提前器的情况下，随着发动机转速的提高，油改气之后发动机的功率有着明显的下降，而加装点火提前器的情况下，相比于没加装点火提前其器的情况，输出功率有所提高，但是比起汽油还是有差距。点火提前器可以在不暴力伤害发动机的前提下，根据不同的燃料，相应的调节发动机点火提前角，以期达到发动机在不同转速的工况下都能够在最佳点火提前角下工作的目的。

（3）压缩比影响发动机的动力性。发动机气缸的构造决定发动机的压缩比，气缸总容积除以燃烧室容积即是发动机压缩比[6]，如图4。在适当范围内，发动机的压缩比越大，燃料燃烧释放的热能就越高，发动机热效率也越高，发动机热能转化成发动机的输出功率也就越大。但是，发动机的压缩比越大，燃料的抗爆性就会提早达到临界点，活塞在到达最佳点火提前角之前，燃料就开始燃烧，而连杆仍旧带动活塞向上止点运动，燃烧所得的热能把活塞往下推，两种相反的力的作用，使得汽车车身抖動，即发动机产生爆震[7]。因此，发动机的压缩比应最大程度的与燃料的辛烷值相适应，使发动机燃料燃烧产生的热能安全并且高效率的转换成发动机的输出功率。天然气的抗爆性很好，但是油改气汽车发动机还是原汽油机，这就意味着车子油改气之后天然气不能充分燃烧或者发动机燃烧的热能转化成输出功率的能力低。

3.2 经济性

发动机的经济性指发动机做出的有用功而所消耗的能源的代价。汽车发动机的经济性体现在有效热效率。

燃料燃烧所释放的热能，在经过发动机的内部消耗之后，转化成发动机实际的输出功。二者之比即是发动机的有效热效率。天然气有着很高的辛烷值，抗爆性能优秀，适合压缩比大的发动机。但是油改气的发动机还是原来的汽油机，没办法将天然气的优点完全发挥出来。天然气的热值高，代表天然气具有比较高的能量，但是单位体积下，天然气与汽油相比自身占据一定的空间，致使外界的空气的进入减少，使得燃烧不充分所以天然气混合气的热值没有汽油混合气的热值高。故此，天然气燃烧后释放的热量比燃烧汽油产生的热量少，所以天然气的热效率比汽油的低，即燃用等量的天然气和汽油，跑不过汽油[8]。

3.3 排放性

排放性就是针对发动机的尾气排放以及噪音。在发动机的热功转换过程中，因为燃烧而生成的对环境有污染的有害物质直接的限制标准。发动机表面对外辐射的噪声以及由发动孔排气管向大气环境排出的有害物质统称为有害排放物。对于汽油机排出的尾气，有害排放物主要是一氧化碳，碳化氢和一氧化氮。而燃烧天然气的排放物是二氧化碳、一氧化碳和很少的二氧化硫[9]。

由发动机的动力性可知，当天然气过多，空气的进入量较少，天然气无法充分燃烧，导致一氧化碳的生成;当混合气过稀，即天然气的含量少，氧气的含量多，天然气充分燃烧，生成的产物不会对大气造成危害，但是热能会降低。天然气中含有杂质，在充分燃烧后，会有少量的二氧化硫生成。天然气燃烧之后，不会像汽油一样产生氮氧化物。

当汽车油改气之后，为了配合天然气的理化性质，适当的调整发动机的参数，使得天然气可以释放更多的热能，但是随之而来的是势必会造成在燃用汽油时出现的爆燃或者提早造成发动机配件的损坏，使发动机的工作环境遭到破坏。更重要的是，油改气之后再使用汽油时会造成汽油无法充分燃烧，导致尾气排放的气体中含有大量的氮氧化物等一些对大气有害的污染物[10]。

4 油改气问题的对策

针对于发动机油改气之后的动力不足等问题，提出以下解决思路。

（1）加装高能点火线圈

在油改气汽车加装点火提前器之后，解决天然气的燃烧速度慢的问题的同时，还需要有点燃天然气混合气的点火能量。加装高能点火线圈可以提高发动机的功率和改善发动机的经济性[11]。

（2）安装进气增压器

在天然气混合气进入气缸之前，对混合气进行加压，然后混合气的密度变高，所以单位混合气中的天然气和氧气都得到了提升，故此天然气燃烧也就会释放更多的热能，提升发动机的动力。

（3）提高天然气活性

天然气的性质稳定，和汽油使用能效液一样，激活天然气的活性，使天然气中的碳原子发生裂变，降低天然气的燃点，也可以提升天然气的燃烧速度，达到提升发动机功率的目的，并且对发动机没什么危害。

5 结论

对油改气发动机的工作原理进行了解释，分析了汽车油改气之后动力性不足的真正原因，及可能存在的排放性问题。提出了加装高能点火线圈、进气增压器和提升天然气的活性来提高发动机动力的方法。

由于油改气技术目前还不是很成熟，改装技术也不统一，造成各种油改气汽车事故频发、维修困难，致使相当一部分汽车拥有者对油改气望而却步。另一方面，国家也鼓励使用原装天然汽车，油改气技术面临极大的挑战。

参考文献

[1] 张德政等.汽车“油改气”市场需求分析[J].科技创新导报，2015 （7）： 14-14.

[2] 2018年中国天然气汽车保有量及天然气加气站建设态势分析[E/ OL].http：//www. sohu.com/a/ 324249451_775892.

[3] 吴敏.汽车油改气效果保障措施及方法[J].汽车工程师，2010（09）： 39-42.

[4] 李红.汽车油改气改装技术浅析[J].汽车实用技术，2018，44（11）： 102-104.

[5] 王茂文.油改气汽车易熄火的维修与分析[J]河北农机，2015（01）： 53-54.

[6] 明平顺.汽车构造[M].武汉：武汉理工大学出版社，2016：15-18.

[7] 林学东.发动机原理[M].北京：机械工业出版社，2014：77-90.

[8] 何田等.天然气汽车的经济性分析[J].汽车实用技术，2018，274（19）： 75-78.

[9] 林钰.天然气发动机燃烧与排放研究[D].天津：天津大学，2018.

[10] 李阳阳.电控汽油/CNG两用燃料发动机传感器故障模拟系统研究[D].西安：长安大学，2011.