CNG (Compressed Natural Gas,压缩天然气)是天然气加压(超过3,600磅/平方英寸)并以气态储存在容器中。它与管道天然气的组分相同。CNG可作为车辆燃料利用。LNG可以用来制作CNG,这种以CNG为燃料的车辆叫做NGV(Natural Gas Vehicle)。
CNG的理化性质
天然气的存储
天然气的分布
天然气的主要成份是甲烷(一般为83%~99%)及少量其他烃类和CO2等。
天然气具有较高的辛烷值,抗爆性能好,与汽油相比,燃烧更完全。
据美国EPA报告,天然气汽车可以降低40%的HC排放,50%的CO排放,无碳烟排放,其中HC排放的90%为甲烷类物质,光化学反应低,采用缸内直喷和稀薄燃烧技术可进一步提高发动机效率,降低污染物排放,符合各国有关的环境排放标准。
天然气的储存方式主要有压缩天然气(CNG 15MPa
~20MPa)、液化天然气(LNG,沸点-162℃)和吸附天然气(ANG)。
CNG是目前车用天然气燃料的主要储存方式,CNG在汽车上使用的主要缺点是储气瓶重量重、占用体积大,与液体燃料相比,天然气体积能量密度低,20MPa压力下的CNG燃料仅相当于汽油能量密度的30%
为克服CNG技术的上述缺陷,国际上天然气另一储存方式是液化天然气 (LNG)。
LNG的能量密度是CNG的三倍多、能量密度大大提高,但LNG的生产成本相对较高,储存容器的绝热性要求高,这些是制约其发展的因素。
柴油车转换为燃气车前的思考:
单燃料还是双燃料?
燃料的质量:甲烷的含量?
火花塞点燃还是引燃?
成本的对比:燃料经济性,耐久性,可靠性,排放?
天然气汽车的发展概况:
1.孕育与诞生:
1860年道依茨发动机厂制造出世界上第一台气体燃料发动机。1872年天然气 发动机问世。
20世纪30年代——意大利推出天然气汽车.
2.NG汽车的初期
二战期间,因石油价格昂贵,天然气汽车在贫油富气的意大利得到很大发展。
70年代前,天然气汽车只在少数国家受到重视。
3.NG汽车较快发展
20世纪70~80年代——石油危机和改善环境的呼声及压缩机技术的 进步,NG汽车获得较快的发展。
1984年福特汽车公司推出了天然气概念车,同年成功研制CNG 储气瓶。
1986年我国四川建成第一座加气站,标志我国进入天然气汽车实质研究阶段。
4.NG汽车的快速发展
20世纪,90年代以来,天然气汽车进入快速发展阶段。
俄罗斯、澳大利亚、英国和法国等国分别成立了NGV协会。
2000年我国实施清洁能源行动计划。
目前,全世界的天然气汽车已达100
多万辆。建成加气站3000座。
国内外CNG汽车发展现状:
纽约的CNG加气站--Jackie Gleason Depot 和West Farms Depot.
康明斯天然气发动机:
天然气发动机达到欧Ⅳ排放。
良好的燃料经济性、动力性。
我国燃气汽车的发展现状:
20世纪50时年代开始天然气汽车的研究
80年代中期开始发展天然气汽车;
1994年起上海组织开展液化石油气燃气汽车样车的适用及研究;
2001年底我国燃气汽车保有量已超过11万辆, 2005年,
我国燃气汽车的保有量达到100万辆,到2010年将达到150万量。
CNG发动机:
几年来,CNG发动机由最初的欧Ⅰ排放-双燃料发动机发展到今天的欧Ⅲ排放水平。
上柴作为一家专业的生产发动机的企业,从1998年以来,在天然气发动机新产品的研发上取得了丰硕的成果,推出了一系列的CNG产品。
天然气汽车在中国的发展前景:
为了确保国家能源安全,减轻对石油需求的压力,我国加快了天然气的开发利用,国家已开始大规模天然气管网的建设,北方的陕京天然气管线;中部的“西气东输”工程, 长4200公里的管道从新疆塔里木盆地的出发,经过甘肃、宁夏、陕西、山西、河南、安徽、江苏到上海,已建成送气;南方的LNG接受站建设,可以预期天然气作为汽车燃料在今后的数十年将有大发展
燃气汽车的发展趋势:
目前,两用燃料单点喷射系统和单一燃料(天然气或液化石油气)闭环多
点顺序喷射系统相继问世,
而闭环多点顺序喷射系统
是当今燃气发动机电控
技术发展的主流和方向。
天然气汽车的分类:
1.按储带的压力和形态:
压缩天然气汽车(CNGV) 储气瓶的压力通常是20MPa,CNGV是天然气汽车的主体。
常压天然气汽车(NNGV) 以常压气态储带天然气,已基本被淘汰。
液化天然气(LNGV) 以液态储带,应用潜力大。
吸附天然气汽车(ANGV) 以吸附方式储带。
2.按燃料的组成与应用
①纯天然气汽车——用天然气的单一燃料汽车,发动机为点燃式发动机。
②NG-汽油两用燃料(Flexible Fuel)汽车
它可以视情交替燃用NG或汽油的汽车。
NG-汽油两用汽车的发动机视点燃式的,备有两套燃料系统和NG、汽油两种燃料。
NG-汽油两用汽车的工作方式:燃用汽油时切断天然气供给,燃用天然气时切断汽油供给。
优点是改装方便,续驶性好。
主要缺点是燃用天然气时的动力性下降显著。
同时燃用NG和柴油的汽车。在常规柴油发动机上加装一套天然气供给装置。
主要优点是可以大幅度的降低大负荷工况的微粒排放。
但小负荷时的HC、CO排放和燃料消耗率有所增加。
3.按天然气的供给方式:
①真空进气式天然气汽车 指天然气靠进气管真空度引入进气管的天然气汽车。燃料供给方式类似于化油器。
②喷射式天然气汽车 是指天然气以一定的压力经喷气嘴直接喷入气缸或进气管的天然气汽车。燃料供给方式类似于汽油喷射方式或柴油机。
4.按燃料供给的控制方式:
①机械控制方式
②机电联合控制方式
③电控方式
电控式又分开环式和闭环式。
机械控制式天然气供给系统组成:
储气系统
气瓶组、高压管路、操控面板总成(充气阀、充气截止阀、压力表、系统排空阀)及剩余气量显示系统等;
调压系统
高压球阀、高压过滤器、三级减压器、高压电磁阀、检测接口、安全阀等;
供气系统
功率阀、混合器等。
机械控制式天然气供给系统工作原理:
天然气经压缩存于气瓶中,经高压管传输至减压器减压至稍低于大气压力,在混合器中与空气混合形成均匀的可燃混合气供发动机燃烧。