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气体代用燃料

导读: 气体作为燃料就必须使用气体发动机,当前使用单气体燃料作为能力源的发动机,主要有LNG(液化天然气)发动机、CNG(压缩天然气)发动机和LPG(液化石油气)发动机三种。

  气体作为燃料就必须使用气体发动机,当前使用单气体燃料作为能力源的发动机,主要有LNG(液化天然气)发动机、CNG(压缩天然气)发动机和LPG(液化石油气)发动机三种。气体发动机与同排量的柴油机相比,动力性相当,环保优势明显,更容易达到国IV、国V排放。且当前生产技术趋于成熟,生产工艺设备与柴油机可通用。在油气价差保持的前提下,燃料经济性显著。不过气体发动机也有一定的缺陷,比如续驶里程短、燃料加注时间长、加气站的建设投资太大等。 气体代用燃料的组成 目前常见汽车代用燃料的类型主要有天然气、石油气、氢气、液化石油气、液化气以及二甲醚等。 气体燃料的性能特点 气体作为汽车代用燃料有别于普通燃料,它们共同点在存储、加注不同于以往的液体燃料,下面为了有助于更好的了解气体燃料的性能特点,让我们来分析以下它们各自存在的优缺点。 天然气的优势:成本低廉、运行平稳。安全可靠使CNG汽车具有较为广阔的发展前景,CNG作为车用燃料,在环保和能源安全方面有较大的优势.是具有发展潜力的汽车替代燃料。 天然气的缺点:资源有限(主要工业及民用)、汽车续驶里程短、储运加注等基础设施要求高、投资大、只适用于在富产天然气的地区和大中城市推广。随着CNG运输管网分布范围的扩大以及加气站的增多,CNG汽车的应用范围可以扩大到城市之间。 石油气的优势:燃烧清洁、排放污染物少,安全可靠、经济可行等特点 石油气的缺点:LPG主要来源于石油,其供应性受到石油供应的限制,价格也会随着石油价格变化而波动;LPG对加气站、管网等基础设施的建设要求也很高。 氢气的优势:良好的行进加速性;良好的燃料适应性;低温起动性好;超低排放全工况高效率等优点;氢具有巨大的价格优势;强大的工业基础。

  氢气的不足:利用可再生能源制氢还存在一定的问题;氢气能量密度最小、储运条件十分苛刻、续驶里程短、加注不方便;目前氢气的制取、储运、加注、氢能汽车成本等存在很多问题,短期内氢气作为汽车能源的发展受到了限制。 但氢来源的广泛性、可再生性和燃烧清洁性使氢成为世界各国汽车代用燃料的长期发展战略目标。 二甲醚的优势:二甲醚十六烷值高,自燃点低,在发动机气缸内蒸发速度快,有利于混合气的形成,燃烧速度快,滞燃期短;汽化潜热高于柴油,蒸发过程吸收热量较柴油多,可有效地降低气缸内最高燃烧温度,有利于降低NOX排放和噪声;作为含氧化合物,可提高燃烧效率,在燃烧过程中几乎无碳烟生成,CO、PM的排放都比较小;以DME为燃料的发动机,其动力性和起动性与柴油机相当。 二甲醚的不足:需要开发新的燃料供应系统及新的发动机技术和整车技术;发动机技术不成熟、储运不便、能量密度低;续驶里程短,液态密度随温度变化较大.容易使燃料供给系统运动件发生磨损;并且同CNG、LPG一样,对基础设施要求较高;受便利性、燃料加注基础设施等因素限制,发展空间有限,适合于在区域间运行的大型客车上应用。 气体燃料汽车的应用及前景 气体发动机发展现状 我国20世纪50年代开始发展低压天然气汽车,80年代中后期改革开放之后,气体燃料汽车开发应用的步伐加快。国内大型发动机厂和汽车厂如玉柴、上柴、潍柴、东风和解放等厂家相继推出了各自的气体发动机产品在市场上推广应用。1988年我国从澳大利亚、新西兰、加拿大等国引进CNG加气站的全套设施、改装汽车部件及高压气瓶,分别建站于南充、大庆等地,开启了CNG汽车发展的新时代。 相对于LNG发动机,CNG发动机和LPG发动机的技术成熟程度、经济成本等都更现实,目前CNG发动机已经广泛应用其第三代电控喷射CNG的技术,采用高压喷射,通过节气门传感器,气体流量传感器,转速传感器,水温传感器,进气温度传感器,压力传感器和氧传感器等经过中央处理单元来控制点火、空燃比等。更先进的LNG缸内直喷技术目前已得到小批试用,动力性、经济性和排放俱佳,但开发难度较大,费用昂贵,成本也高,国内尚未开始研制。

  与传统柴油机相比,气体发动机取消了原柴油机的燃油喷射系统相关的零部件,增加了蒸发调压器(LPG发动机)、减压器(CNG发动机)等供给气体燃料的相关零部件。传统柴油机是压燃式发动机,而气体发动机由于受燃料特性限制(抗爆振性能),采用的是与汽油机一样的点燃方式。在取消了喷油器后,将原缸盖上的喷油器孔改为了火花塞孔。在取消了油泵后,在原油泵安装位置装上了一个点火传动装置,通过点火正时传感器获得发动机的点火正时信号。增加了以点火模块、点火线圈及火花塞等零件组成的点火系统。 气体发动机的控制系统多采用电控,与机械式柴油机相比,各工况点的空燃比、点火提前角、增压压力都实现了更精确更科学的控制。为满足这些控制要求,增加了相应的MAP、MAT、ECT、点火正时以及氧浓度等传感器。 由于我国能源战略结构的调整,未来将有更多的气体燃料资源通过进口为国内使用。目前在国内正在实施LNG加气系统的城市有北京、乌鲁木齐、长沙等,约有近百辆LNG单一燃料公交示范车辆正在运营。CNG车则已在四川、重庆、北京、西安、内蒙、等地推广。LPG环保节能型气体城市客车也在北京、上海、广东、四川、重庆、海南、甘肃等许多城市的公交系统已经试行。在国外,LPG被用作轻型车辆燃料已有许多年。 

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