青海油田在用車輛CNG改裝技術(shù)淺析

解海潮

（青海油田機(jī)械廠，甘肅 敦煌736202）

天然氣作為綠色能源是被公認(rèn)為是最為現(xiàn)實和技術(shù)上比較成熟的車用汽油、柴油的代用燃料，天然氣是一種潔凈的能源，主要成分是甲烷，燃燒后的主要生成物為二氧化碳和水，幾乎沒有污染，天然氣汽車已在世界和我國得到了推廣應(yīng)用。青海油田積極響應(yīng)國家節(jié)能減排的號召，充分利用天然氣資源，節(jié)約能源，降低環(huán)境污染，積極發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，達(dá)到油田清潔發(fā)展的要求。青海油田目前擁有皮卡車的數(shù)量約600輛，大多是用于短途巡井，油田公司已經(jīng)籌建幾個基地的天然氣推廣項目，沿途建立天然氣加氣站，這就為我們將在用的車輛進(jìn)行CNG改裝提供了基礎(chǔ)保證。

1 CNG特性

天然氣（CNG）有如下特性：

（1）經(jīng)濟(jì)性好。天然氣（CNG）具有極強(qiáng)的抗爆性（最小辛烷值ROZ達(dá)到130，而汽油的最小辛烷值位于91和100之間）汽車改天然氣后可適當(dāng)提高壓縮比，實現(xiàn)稀薄燃燒，因此CNG汽車熱效率較高。

（2）起動性能好。由于是氣態(tài)燃料，無須霧化就可以與空氣均勻混合，所以CNG汽車?yán)涞钠饎有阅芎谩?/p>

（3）低排放。由于壓縮天然氣(CNG)在汽車上與空氣混合時同為氣態(tài)，與汽油相比,混合氣更均勻，燃燒也更完全。同時，CNG是低碳燃料，排放低。

（4）安全性好。常溫常壓下天然氣比空氣輕，其密度為0.6~0.74 g/m3，跟空氣混合后的火濃度范圍為4.7%~15%，著火溫度為650°（汽油的著火溫度為450°）。

（5）壓縮天然氣（CNG）是以壓縮狀態(tài)儲存的天然氣。我國車用壓縮天然氣（CNG）的額定壓力為≤20 MPa。

2 CNG汽車燃料供給系統(tǒng)的種類

CNG汽車燃料供給系統(tǒng)的種類主要分成以下幾類：

（1）單燃料發(fā)動機(jī)燃?xì)夤┙o系統(tǒng)。一般利用節(jié)氣門根據(jù)工況要求實現(xiàn)對混合氣量的控制，而可燃混合氣一般利用火花塞點(diǎn)燃。

（2）兩用燃料發(fā)動機(jī)供氣系統(tǒng)。汽油/CNG兩用燃料：在原汽油機(jī)上加裝一套CNG燃?xì)夤┙o系統(tǒng)，包括高壓鋼瓶、高壓管路、濾清器、調(diào)節(jié)器、混合裝置等，在燃用天然氣時，替代原汽油機(jī)供給系統(tǒng)向發(fā)動機(jī)提供天然氣－空氣混合氣。

（3）雙燃料發(fā)動機(jī)供給系統(tǒng)。柴油/CNG混合燃料發(fā)動機(jī)供給系統(tǒng)組成：燃料供給系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)控制保護(hù)系統(tǒng)、天然氣供給和調(diào)節(jié)系統(tǒng)、天然氣儲存系統(tǒng)。

3 車輛CNG改裝的技術(shù)現(xiàn)狀及特點(diǎn)

3.1 CNG汽車燃料控制系統(tǒng)的發(fā)展

CNG汽車燃料控制系統(tǒng)的發(fā)展到目前為止經(jīng)歷了五代的發(fā)展，敘述如下：

（1）第一代產(chǎn)品：文丘里混合器系統(tǒng)。

（2）第二代產(chǎn)品：閉環(huán)電控混合器系統(tǒng)。

（3）第三代產(chǎn)品：多點(diǎn)（單點(diǎn)）連續(xù)噴射系統(tǒng)。

（4）第四代產(chǎn)品：多點(diǎn)順序噴射系統(tǒng)。

（5）第五代產(chǎn)品：多點(diǎn)順序缸內(nèi)直噴系統(tǒng)。

3.2 CNG車輛改裝的現(xiàn)狀

目前，在車輛中針對汽油車主要是采用雙燃料（汽油、天然氣）的方式，針對柴油車主要以單燃料為主，雙燃料由于燃料分配控制技術(shù)不成熟沒有得到推廣。

在車輛CNG改造技術(shù)中按照燃?xì)馊剂瞎┙o方式主要有文丘里管混合氣形式、單點(diǎn)噴射、多點(diǎn)順序噴射三種形式，三種形式各有優(yōu)缺點(diǎn)，文丘里管改造成本非常低廉，技術(shù)要求不高，應(yīng)用廣泛，但同時系統(tǒng)的故障率較高，發(fā)動機(jī)的空燃比控制困難，節(jié)能效果差，冷啟動很差；單點(diǎn)噴射是在文丘里管方式上進(jìn)行了改進(jìn)，對噴射的燃?xì)饬亢蜁r間用電腦進(jìn)行控制，但是混合氣的供氣方式，沒有做到每個汽缸的定量供氣，節(jié)能和減排的效果都不理想，改造成本相對適中，故障率比較高，冬季啟動困難；多點(diǎn)順序噴射徹底解決了燃料定量定點(diǎn)供給，解決了節(jié)能減排、冷啟動困難的問題，但是該方式成本相對較高，用戶（尤其是私人用戶）接受較困難。

按照點(diǎn)火方式分有兩種形式，ECU電腦控制單元控制點(diǎn)火和專用分電器點(diǎn)火。分電器點(diǎn)火成本低廉，精度不準(zhǔn)確、故障率高；ECU電腦控制單元點(diǎn)火準(zhǔn)確，故障率較低，但是成本較高。結(jié)合青海油田的實際情況，選用適合青海油田的改造方式為多點(diǎn)順序噴射的ECU電腦控制單元，主要解決高海拔、低氣溫、在用車輛技術(shù)狀況不統(tǒng)一的現(xiàn)狀，減少故障率，提高運(yùn)行的效果和節(jié)能減排的效果。

4 青海油田車輛CNG改裝技術(shù)分析

天然氣（CNG）汽車燃料系統(tǒng)通常包括：天然氣氣瓶、減壓調(diào)壓器、各類閥門和管件、混合器（或者天然氣噴射裝置）、各類電控裝置等。青海油田作業(yè)區(qū)的平均海拔在2 800米左右，常年溫差較大，冬季室外溫度可低到－30℃左右，夏季地表溫度可以達(dá)到60℃左右，溫差跨度較大，因此在進(jìn)行在用車輛CNG改造時主要考慮車輛運(yùn)行的可靠穩(wěn)定性。進(jìn)過調(diào)查對比分析，結(jié)合油田車輛的使用情況，在進(jìn)行汽油車改造時選用多點(diǎn)順序噴射的ECU電腦自動控制系統(tǒng)，針對汽油車的特點(diǎn)選用雙燃料方式，利用原車的點(diǎn)火系統(tǒng)，增加天然氣燃料的定量供給，增加安全的供氣減壓系統(tǒng)，調(diào)整合理的空燃比，對使用的條件進(jìn)行海拔、氣溫的標(biāo)定，使之能夠滿足在任何工況下穩(wěn)定工作。

目前，青海油田柴油巡井車輛主要是4JB1-T或者是4JB1的柴油發(fā)動機(jī)，由于降低柴油發(fā)動機(jī)的壓縮比，需要專用的活塞和缸蓋，國內(nèi)開發(fā)柴油機(jī)專用活塞的企業(yè)比較少，機(jī)型較少，因此針對油田在用柴油機(jī)改造的機(jī)型比較固定（4JB1-T，4JB1）。由于天然氣燃燒后廢氣溫度比柴油燃燒廢氣溫度高，為了保證車輛在夏季高溫季節(jié)穩(wěn)定運(yùn)行，對車輛的缸蓋和齒輪箱進(jìn)行改進(jìn)，增加發(fā)動機(jī)的冷卻效果，使用專用的缸蓋和齒輪以及齒輪室蓋。在電噴系統(tǒng)配置采用的是多點(diǎn)順序噴射，完全整合的主從式管理系統(tǒng)。具有系統(tǒng)穩(wěn)定，節(jié)能效果明顯的特點(diǎn)，其原理是：高壓CNG氣體從CNG氣瓶連接到減壓器，減壓器將高壓氣體減壓到大約高于進(jìn)氣歧管壓力200 kPa的壓力，然后CNG經(jīng)過低壓氣體濾清器進(jìn)入氣軌。燃?xì)庠偻ㄟ^氣軌分配到噴嘴，根據(jù)發(fā)動機(jī)的負(fù)荷，噴嘴在發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣門處噴入所需的燃?xì)饬俊?/p>

5 改造的經(jīng)濟(jì)性分析

我們將CNG改造的皮卡車與同批同類型慶齡柴油皮卡車的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了對比分析，將燃燒柴油的皮卡改裝成燃燒天然氣單一燃料后，每100 km可節(jié)省近54.4%的燃料消耗費(fèi)，車輛經(jīng)過改裝后，每百公里燃料費(fèi)用可以節(jié)約35.2元，節(jié)能效果十分明顯，經(jīng)過試車后車輛的技術(shù)性能能夠達(dá)到該車輛行駛要求，功率損失較小，值得推廣應(yīng)用。尤其是車輛經(jīng)過改造后，極大地降低了污染排放，對建設(shè)節(jié)約型和清潔型油田都有極其重要的意義。

6 結(jié)束語

通過調(diào)查分析，優(yōu)化了改造方案，通過對改造車輛的實際測試和經(jīng)濟(jì)分析，可以看出青海油田的在用車輛CNG改裝，達(dá)到了預(yù)期的效果并通過了技術(shù)監(jiān)督部門的鑒定以及油田公司組織的專家組的驗收，面對青海油田大約600輛在用車輛的改造規(guī)模，對成本節(jié)約和節(jié)能減排兩方面都將做出一定的貢獻(xiàn)。

[1]GB/T 18437.1—2001.燃?xì)馄嚫难b技術(shù)要求壓縮天然氣汽車[S].