提高天然氣汽車的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性

馬磊、田杰安

（鄭州宇通客車股份有限公司 450061)

提高天然氣汽車的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性

馬磊、田杰安

（鄭州宇通客車股份有限公司 450061)

天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)、清潔的能源，其被廣泛運(yùn)用到各個(gè)行業(yè)，特別是在汽車工業(yè)方面。然而最近幾年來，汽車燃料在采用了天然氣以后，不論是CNG或者LNG都會(huì)面臨著動(dòng)力性能不足，整車燃料經(jīng)濟(jì)下降。究其根本，主要原因在于天然氣的自身能量密度較小，燃料的熱值低。所以，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性動(dòng)力性的計(jì)算與評(píng)估是非常有必要的，而且需要有相應(yīng)的措施來提高整車的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性。

天然氣；汽車；動(dòng)力性；經(jīng)濟(jì)性；措施

為制定出天然氣汽車動(dòng)力性能方案，就對(duì)控制系統(tǒng)和其他部件進(jìn)行分析，主要是從汽油加濃量等多方面展開深入研究。在保持天然氣排放性和燃料經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)下，將天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的功率提高到94%左右。以下主要是對(duì)提高天然氣汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行的分析和闡述[1]。

1 天然氣具有的特性

1.1 可燃性強(qiáng)

天然氣的可燃成分大約可達(dá)到97%以上，光甲烷就可達(dá)96%，天然氣的熱值隨著成分的不同，熱值也不同，大致在35.88～39.82 MJ/m3，常溫、常壓下天然氣的密度一般為0.75～0.8 kg/m3，如表1所示。

表1 天然氣成分與熱值對(duì)照表

1.2 抗爆震能力強(qiáng)

該特征可最大限度提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，并為其提供參考依據(jù)。

1.3 燃燒范圍廣

汽油的燃燒濃度范圍大概為1.3%～6%，而天然氣的燃燒濃度范圍大約為5%～16%，如此一來，就有利于混合氣體的燃燒。

1.4 發(fā)動(dòng)機(jī)的潤滑油不會(huì)被稀釋

天然氣大多不會(huì)稀釋發(fā)動(dòng)機(jī)的潤滑油，而且還可延長發(fā)動(dòng)機(jī)維修保養(yǎng)里程的1.5倍，潤滑油的換油時(shí)間也能延長49%。

1.5 易于和空氣混合

天然氣不需要霧化就可以和空氣混合在一起全部燃燒，而且天然氣的排放污染物相比汽油的污染物要少的多。據(jù)調(diào)查顯示，天然氣汽車的排放量要比汽油車的排放量少。

2 天然氣動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性下降的原因

由于天然氣與空氣形成的可燃混合氣的熱值，要比汽油與空氣混合氣的熱值低，充氣效率也比較低。相比之前，下降10%左右，最重要的是，天然氣的燃燒速度要比汽油慢。

3 提高天然氣汽車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的措施

3.1 研發(fā)節(jié)能混合器

以往所用的三通式天然氣空氣混合器，盡管結(jié)構(gòu)比較單一，但因?yàn)樘烊粴夤┙o斷面始終固定不變，同時(shí)又缺少調(diào)整裝置，故無法進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)配，更不能發(fā)揮天然氣著火界線寬的優(yōu)勢。新設(shè)計(jì)的混合器的工作原理和化油器相似，都裝有加濃器與調(diào)整裝置。唯一差距就在于，它起不到節(jié)能的效果，必須要損失一部分的動(dòng)力性才能起到節(jié)能的作用，但因?yàn)樵烊粴獍l(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性已有所下降，所以必須要在確保提高動(dòng)力性的基礎(chǔ)下，在來考慮其經(jīng)濟(jì)性[2]。

在實(shí)驗(yàn)真空式、機(jī)械式以及兩者都兼有的加濃裝置后，應(yīng)用范圍最廣泛的還是真空式。這是主供氣道和加濃氣道都是用加濃閥啟閉真空度來確定的，且都是在計(jì)算的前提下，反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得出。除此之外，為減少進(jìn)氣阻力，還將混合器中的天然氣供給方式改變成側(cè)面噴管，并徑直向喉管的四周引入。

3.2 選用低粘度的發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油

之所以要選取低粘度油，就是為發(fā)揮天然氣稀釋潤滑油這一作用。在減少了摩擦功損失的同時(shí)，還增強(qiáng)了輸出功率或是降低燃料消耗效果等。選用的抗硫潤滑油是專門研制的，所具有的運(yùn)動(dòng)粘度為5.7×10 m2/s。研究表明，運(yùn)用該種潤滑油可以提高大約5%的功率，且燃油消耗率下降3.5%。

3.3 提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比

依照內(nèi)燃機(jī)工作原理，可將汽油機(jī)當(dāng)作定容加熱循環(huán)，且燃料的經(jīng)濟(jì)性可用熱效率來評(píng)價(jià)，具體表示如下。

對(duì)照相關(guān)資料，天然氣與空氣值分別為1.317與1.4，其中可依照。

計(jì)算出壓縮比工況的熱效率，如表2所示。但如果只是為提高天然氣的抗震性，那就必須要綜合考慮其他零部件對(duì)機(jī)械負(fù)荷與熱負(fù)荷等帶來的影響，也就是發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的扭矩，應(yīng)盡可能讓其不超過原汽油機(jī)所對(duì)應(yīng)的數(shù)值。等到確定好數(shù)值以后，還應(yīng)考慮到點(diǎn)火提前角、氣門正時(shí)、油門特性和發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比的標(biāo)定與匹配。

表2 壓縮比工況熱效率對(duì)照表

4 結(jié)束語

綜上所述，通過提高壓縮比，匹配加濃型混合器和選取低粘度潤滑油等措施可以提高天然氣汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。若將汽油和天然氣進(jìn)行混合，也可以提高天然氣的動(dòng)力性。動(dòng)力性被改進(jìn)以后，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)增加在大負(fù)荷與滿負(fù)荷的工作時(shí)間，這樣天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性也能有所改善，同時(shí)還保證了天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)在整車上排放性能。

[1]李永昌.提高天然氣汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性[J].汽車技術(shù),2010(3):34-38.

[2]劉生全,馬志義,張春化,邊耀璋.提高天然氣汽車動(dòng)力性能的研究[J].中國公路學(xué)報(bào),2003(01):119-122.

U461.2文獻(xiàn)標(biāo)示碼A

馬磊（1986—），男，碩士，研究方向?yàn)檎嚬?jié)能技術(shù)研究。