一、天然氣和液化石油氣在汽車上應(yīng)用的形式
??? 天然氣、液化石油氣在汽車上按照燃料混合、點火和燃燒方式可分成下列幾種形式
??? (1) 按點火方式?可以分電火花點火和柴油引燃式。由于天然氣、液化石油氣的著火溫度較高，發(fā)動機壓縮過程中缸內(nèi)氣體溫度達不到其自燃點，因此必須靠電火花點火；或者噴入少量柴油，首先被壓燃再引燃天然氣或液化石油氣。
??? (2) 按供氣方式?可分為缸外(進氣管)預(yù)混合供氣和缸內(nèi)直接噴氣。缸外預(yù)混合供氣常采用將氣體燃料聯(lián)通到發(fā)動機進氣管上的空氣—燃料混合器上，通過混合器將比例合適的混合氣供給氣缸。另一種缸外預(yù)混合供氣方式為進氣閥處多點噴氣式，或進氣總管單點噴氣式；缸內(nèi)直接噴氣是將氣體燃料用裝置于發(fā)動機缸蓋上的噴嘴以一定的壓力將其直接噴入到氣缸中，一般噴氣過程在發(fā)動機進氣門關(guān)閉到點火之前完成，還有在壓縮過程終了噴氣，邊燃燒邊噴氣。
??? (3) 按燃燒方式?可分為預(yù)混合燃燒和擴散燃燒。預(yù)混合燃燒是指在發(fā)動機點火系統(tǒng)點火或引燃柴油自燃前，進入氣缸內(nèi)的氣體燃料與空氣預(yù)先混合均勻，此時缸內(nèi)各處的混合比是一致的；而擴散燃燒是指氣體燃料以一定提前量在點火或引燃前噴入缸內(nèi)，因而在著火時，缸內(nèi)燃料與空氣并未混合均勻，燃料邊擴散，邊燃燒。
??? (4) 除此之外，還可按控制方式分為機械控制式和電子控制式(開環(huán)、閉環(huán))，按增壓與否分為增壓與非增壓等形式。
二、天然氣和液化石油氣汽車技術(shù)的內(nèi)容
??? 天然氣和液化石油氣汽車與汽、柴油汽車相比具有更多、更新的技術(shù)內(nèi)容，這其中包括下列幾個主要方面。
??? (1) 加氣站技術(shù)?氣體燃料在汽車上的充加需要比液體燃料復(fù)雜得多的加氣設(shè)備，例如CNG加氣站，它不僅需要把天然氣壓縮到20MPa以上，而且還要把供氣速率、容量配置、充放氣優(yōu)先順序、起停控制、計量與環(huán)境補償、安全設(shè)施等各方面做出完善的設(shè)計。而液化天然氣加氣站則更是技術(shù)含量極高的設(shè)備。
??? (2) 發(fā)動機技術(shù)?氣體燃料的性質(zhì)決定了它不同于汽、柴油，因而氣體燃料發(fā)動機也不等同于汽油機、柴油機，它應(yīng)該有其獨特之處，因此在氣體燃料的混合、燃燒方式、發(fā)動機燃燒室結(jié)構(gòu)、點火系統(tǒng)等諸多方面都需要研究與開發(fā)。
??? (3) 氣瓶技術(shù)?由于汽車是移動運行的，因此氣體燃料氣瓶的質(zhì)量是一個重要的技術(shù)問題。此外，氣瓶在各種苛刻條件下的安全性問題更是氣體燃料汽車技術(shù)研究中不可忽視的問題。
??? (4) 混合與控制技術(shù)?汽車的速度和負荷總是變化的，而且氣體燃料相對于液體燃料又較難控制，因此按汽車運行工況要求提供合適量、質(zhì)的混合氣給發(fā)動機是混合與控制系統(tǒng)的根本任務(wù)。
? ??三、壓縮天然氣汽車技術(shù)現(xiàn)狀
? ??1. CNG加氣站
? ??一套完整的CNG加氣站是由低壓調(diào)壓站、天然氣壓縮機、CNG儲氣瓶組、CNG順序程控盤、售氣機等五大部分組成。圖3-3是一個典型天然氣壓縮氣站示意圖。
? ??① 調(diào)壓站由進氣控制閥、濾清器、調(diào)壓閥、流量計和安全閥組成。從天然氣管道來的天然氣通過進氣控制閥、濾清器后進入調(diào)壓閥，將天然氣壓力調(diào)至天然氣壓縮機需要的進氣壓力，然后進入壓縮機增壓。
? ??② 天然氣壓縮機是加氣站的核心，一般由四級活塞式壓縮機或液壓氣缸式壓縮機，其運行完全自動化，并裝有安全保護停車裝置。從管道來的天然氣經(jīng)壓縮達到25MPa。在每一級壓縮后，天然氣流經(jīng)水冷或空冷散熱器冷卻。
? ??③ CNG儲氣瓶組由三組鋼瓶組成，按充氣先后次序分成高壓組、中壓組、低壓組三組。儲氣瓶組的最高充氣壓力為25MPa。
? ??④ 充氣順序程控盤的作用在于實現(xiàn)按高、中、低壓儲氣瓶組順序向儲氣瓶充氣。當(dāng)天然氣壓縮機啟動后，在沒有CNG汽車加氣時，壓縮機依次向高、中、低壓儲氣瓶組進行充氣，當(dāng)氣壓達到22MPa時，壓縮機向三個瓶組同時充氣，壓力達到25MPa，壓縮機自動停車。當(dāng)氣瓶組壓力降到22MPa時，壓縮機自動啟動，恢復(fù)充氣。
??? ⑤ 售氣機由流量計、計價器、順序加氣系統(tǒng)三大部分組成。汽車充氣時，儲氣瓶組按低、中、高順序利用壓差供氣。當(dāng)車上氣瓶壓力與儲氣瓶壓力一致但不足20MPa，此時啟動的壓縮機將直接向車上氣瓶供氣直到最高壓力20MPa。當(dāng)沒有汽車充氣時，壓縮機繼續(xù)向儲氣瓶組充氣至25MPa，整個汽車充氣過程大約需要5～10min。
??? 此外，該加氣站還設(shè)有氣體回收系統(tǒng)和慢充氣接口。
??? 吉林油田從美國天然氣能源公司引進的母子站則是另一類型的加氣站，主要用在天然氣管道不健全的地方。母站設(shè)在有天然氣源的地方，子站設(shè)在沒有天然氣源又需要設(shè)站的地方，由拖車從母站向子站運送天然氣。母、子站均有各自的壓縮機，除此之外，兩站合在一起就構(gòu)成了一套完整的加氣站。
??? 加氣站的新技術(shù)的體現(xiàn)就在于各控制部分的微機管理。
??? 國內(nèi)目前已能生產(chǎn)機械電氣式天然氣壓縮氣站，是在引進國外CNG加氣站基礎(chǔ)上消化吸收，結(jié)合我國國情和現(xiàn)場實際設(shè)計制定了CNG加氣站國產(chǎn)化方案。根據(jù)實際要求，研制中對工藝和設(shè)備進行了技術(shù)改進和完善。
??? ① 將國產(chǎn)壓縮機的進、排氣管線與引進機組并聯(lián)聯(lián)接，并且由國產(chǎn)壓縮機的排氣管引一條管線接至程控盤后的儲氣系統(tǒng)，可使國產(chǎn)機組本身構(gòu)成聯(lián)機系統(tǒng)，雙機共同工作。
??? ② 補充完善國外設(shè)計，在國內(nèi)設(shè)計的充氣系統(tǒng)管線上增設(shè)檢修放空閥，確保了檢修的安全，增設(shè)了機組停機氣體放空罐，將每次停機自動放空氣體返至罐中。
??? ③ 在引進的調(diào)壓裝置中增設(shè)了油氣分離器和管路系統(tǒng)，為使用“干氣和濕氣”提供了可靠保證。
??? ④ 將進口的60只儲氣瓶組改為120只儲氣瓶組，并重新進行編組，使儲氣瓶數(shù)目增加了一倍，取氣率達58%，可保證機組達到全負荷工作能力，提高了一次儲氣的加氣車次。減少機組頻繁啟動，起到節(jié)電降耗作用。
??? 國產(chǎn)化后的CNG加氣站主要技術(shù)指標如下：
??? ① 生產(chǎn)CNG能力(雙機8h工作)：??? 5000m3/天
??? ②可供CNG汽車(50m3/輛)臺數(shù)：??? 100輛
??? ⑧每輛天然氣汽車加氣時間(50m3/輛)：8～10min
??? ④額定壓力：??? 加氣站儲氣壓力為25MPa
??? CNG汽車加氣壓力為20MPa
??? ⑤售氣機計量準確度：? ??±0.5%
??? ⑧天然氣含硫量：??? 不大于20mg/m3
??? ⑦天然氣凈化水露點溫度：??? -40℃
??? 2. CNG氣瓶
??? 天然氣高壓氣瓶主要有一般鋼瓶、鋁合金瓶、薄壁鋼瓶和復(fù)合材料氣瓶。鋁合金瓶和薄壁鋼瓶采用玻璃纖維和聚脂樹脂加強，復(fù)合材料氣瓶內(nèi)部為熱塑性材料襯里，外部為碳纖維或玻璃纖維增強復(fù)合而成。
??? 國內(nèi)目前只能生產(chǎn)鋼質(zhì)氣瓶，材料為30CrMo、35CrMo和40CrMo，而且大多數(shù)單位目前都未生產(chǎn)天然氣汽車專用鋼瓶，而是用高壓氧氣瓶替代。
受限空間作業(yè)安全要求
