汽车油改气基本知识

2024年1月10日发(作者：国机智骏官网)

汽车油改气基本知识

一、 什么是燃气汽车？

目前，为了方便起见一般所谓的燃气汽车就是包括CNG、LNG、和LPG汽车。 CNG汽车，也就是压缩天然气汽车。LNG是将天然气液化(常压下-162℃)后，装入低压保温容器中放在汽车上，LNG

就是液化天然气汽车。LPG：在油田轻烃回收装置中处理天然气时和在石油炼制过程中，都有一种以丙烷和丁烷为主的副产品它们也是天然气组成的一部分，比较容易液化，而在常压下又是气态，与日常家用的液化气非常相似，也可以做汽车燃料这就是LPG ，也叫液化石油气。

天然气气瓶中气体的压力一般为21Mpa(3000psi ) 。

二、燃气汽车的优缺点

（一）优点 ：

①有较高的经济效益。一是燃料费用低：一方天然气热值等于1.14升93号汽油热值，节约程度视各地气价与油价之比，目前，我国各省油价基本统一，气价差异巨大，节省幅度在40%-70% 。二是保养费用低：天然气容易扩散，在发动机中容易和空气均匀混合，燃烧比较完全、干净、不容易产生积碳，抗爆性能好，不会稀释润滑油，因而使发动机汽缸内的零件磨损大大减少，使发动机的寿命和润滑油的使用期限大幅度增长。这些都会降低汽车

的保养和运行费用，提高汽车使用的经济性。

□②有较好的社会效益。与石油燃料相比，气体燃料在制备过程中能量损失较小，对大气的有害排放污染物少。

□③比较安全。CNG、LNG和LPG汽车的气瓶或气罐等都很结实可靠。天然气本身比空气轻(LPG除外)，稍有泄漏，很快就会扩散到大气中。气体燃料系统的各个部件，特别是密封部分，都经过严格的检查。因此，天然气作为汽车燃料是比较安全的。

（二）缺点

□1、由于气体燃料的能量密度低，目前普及推进的压缩天然气汽车携带的燃料量较少，一般行驶距离较汽油车短，在200-300公里左右，（液化石油气和液化气天然气汽车不存在这个问题，行驶里程可达600-1000公里，这也是为什么有些地方推进液化气石油气汽车的原因）。

2、动力略有下降：由于改装天然气后仍按用油的压缩比，所以汽油汽车在改用天然气后功率往往会下降10%左右，实际改装中根据车主用气为主还是以用油较多，可以进行调整，动力下降的问题不明显。

3、空间减少，自重增加：由于目前的天然气汽车是在原来的汽油车基础上改装的，原来汽油机的燃料系统大多保留，要在原汽车的增加天然气燃料系统，汽车的有效空间减少，本身的自重也

增加了。

□虽然有以上的不足之处，但从总的经济和社会效益分析，用天然气作为汽车燃料还是利大于弊。

三、天然气汽车的工作方式

□1.汽油车的改装

□使用天然气作为燃料的工作原理与原来的汽油机相同。将高压气瓶中储存的天然气经过减压后送到混合器中，在此与空气混合，进入汽缸。仍然使用原汽油机的点火系统中的火花塞点火。原汽油机的压缩比不改变，原来发动机的结构基本不变，只是另外加上天然气的储气瓶、减压阀及相应的开关。改装费用较低，而且用天然气或汽油两种燃料都可以工作，虽然天然气的抗爆性很好，允许在较高的压缩比下工作，但因为在改装时为了使原发动机仍可用汽油工作，故原发动机的压缩比没有改变，发动机的功率要损失10%。为了减少功率损失，可在改装时把原来汽油机的压缩比提高，并改变点火提前角以适应天然气的工作需要。

□现代技术先进的汽车燃料系统大多是用电脑控制的电子燃料喷射系统。就是用电脑根据使用的工况自动地改变电子喷身阀所喷出的汽油或柴油的时间、流量以及点火时间。如改用天然气作为燃料，需要将汽油的电子喷射阀换成或另外加装天然气电子喷射阀，再改动电脑的控制软件的等程序，就可以成为燃烧天然气的天然气发动机。当然，天然气燃料系统中的其它部件和储气瓶、

减压阀等还是不可少的。

四、天然气汽车的安全性

在天然气汽车推广过程中，人们担心天然气汽车，特别是CNG汽车的安全性。这是一种误解。当然，天然气是易爆气体，但天然气的爆炸是有条件的，在采取了一系列安全措施后，可以安全的将天然气用于汽车上，就象\"电\"一样，在了解了它的特点以后，今开我们不论是在生产上还是在生活上，不是都在安全的应用着大量的电气设备吗？

首先，从燃料本身的特点来说，天然气的燃点一般在650℃以上，而汽油为427℃。天 然气比汽油高出200℃以上，这说明天然气不象汽油那样容易被点燃。其次天然气在空气中燃烧时的体积界限是5%～15%，而汽油是1%～7%。即大气中有1%的汽油浓度就很容易发生着火爆炸。天然气要比汽油好的多，因为它要积累到5%才到达它的燃烧下限。更重要的是天然气比空气轻，其密度只是空气的55%，稍有泄漏，很容易向大气中扩散，不至于达到低燃烧界限。使用时还要在天然气里放加臭剂以提高对天然气泄漏的及早发现，从而采取预防措施。最重要的是，天然气在空气中的比例即使达到爆炸极限度,没有火源也不会发生爆炸。 所以在存放天然气的地方必须严禁烟火。

其次，天然气 发动机的燃料系统所用元器件不多，主要是一些开关和减压阀、混合器等，这些部件的关键是密封问题。选

材、加工、安装、高度等都是在严格的质量保证的条件下进行的，不应有安全问题。在天然气汽车加气装置中，有自动定压、定温控制和断流截止阀。汽车上的油气转换开关能使发动机在停车后自动关闭油、气供应。

关于CNG储气瓶安全问题。对于使用压力为20Mpa的储气瓶，无论什么材料制造的，都要经过下列严格的安全检验。

一是静水压力爆破试验 ：在抽样的储气瓶中充水，在加压速度不超过1.38Mpa/s的条件下升压至56.5Mpa并保持10s,最后加压到破坏。

二是压力循环试验 ：在2.5～25Mpa之间进行静水压力循环试验13000次;在2.3～35Mpa之间试验5000次,每次试验1min,以不出现裂纹或变形为合格.

三是耐火试验 ：在CNG气瓶内，充以25Mpa的天然气，用火烧此气瓶20min，以不发生爆炸为合格。

四是坠落试验 ：将CNG空瓶升至3m或更高的空中，向水泥地上反复进行坠落摔打，然后进行10%～100%的工作压力下水循环13000次，不出现裂纹为合格。

五是枪击试验 ：将CNG样瓶充入25Mpa的天然气，在距离46m处用速度为853m/s、口径为0.3in的空甲弹,对瓶体进行45度的射击。气瓶不应出现裂纹。

此外，气瓶还装有安全阀，其内装有100℃的易熔合金和26Mpa的爆破片。当气瓶内气体压力、温度超过上述数值时会自

动放气。虽然压缩开然汽车发展时间还不长，但现在世界上还没有见到在运行中因交通事故引起气瓶爆炸失火的记录。因此压缩天然气汽车比汽油汽车更加安全。

五、油改气汽车注意事项

1. 每天出车前，除按原轿车手册检查外，还应检查各管道是否有龟裂漏油现象并及时处理。

2. 短期停放时，必须关闭电源总开关、CNG储气瓶口阀，另外，车辆内部必须要有灭火器材设施；长期停放时，应将CNG用完。严禁在封闭的车库、厂房内拆卸、维修供气系统。

3. 起动发动机前，应首先观察汽油表，检查油箱的汽油量（不少于10L），避免因缺少汽油烧坏汽油泵。

4. 使用天然气工作前，开启CNG储气瓶瓶口阀，观察气量显示仪所显示的CNG量，检查管路、接头是否漏气，检查燃料转换开关是否正常工作。减压器和各种阀门及开关应工作正常。警告：开启储气瓶瓶口阀时，严禁站在储气瓶瓶口阀的正面。

5. 发动机起动

① 在供油系统出现故障时使用CNG起动；

② 在气温较低的条件下驾驶CNG/汽油两用燃料汽车时，为避免减压器出现冻结现象，应使用汽油起动，当发动机冷却水温度达到60℃以上时，再改用CNG行驶。

③ 转换开关在“天然气”档时，汽车也用汽油起动，启动后，发动机以汽油为燃料运转。只有当发动机转速从2500～3000rpm下降到2500rpm以下，降到转换转速时，系统才自动转换为天然气燃料工作状态。

6.当CNG作为燃料时，应注意观察气量显示仪所指示的气量。当红灯开始亮时，应尽快到加气站充装CNG。

7.汽车驾驶中须注意的事项

① 行车途中严格按照驾驶规程操作，充分估计路况、路情，从而避免在会车、超车时发生事故。

② 行车途中停车时，应选择阴凉通风处，防止暴晒，且远离火源、热源。

③ CNG/汽油两用燃料汽车在行驶中如发现天然气有泄漏现象，应立即靠边停车，关闭天然气储气瓶阀，然后改用汽油将汽车开到改装厂进行处理，泄漏故障排除后方可继续使用天然气行驶。

④ 如在行驶中发生火灾，应迅速关闭电源，天然气储气瓶阀，并隔离火源，立即用灭火器灭火。此外，应迅速将在场人员疏散到安全地方。

⑤ 排放高压天然气时，现场严禁明火。

⑥ 汽车长期燃用天然气，每行驶500Km应该烧汽油1小时，以防止供油系失败。

8. 减压上的排污塞需要每月（1000公里）卸下一次，放掉油污和凝结物。减压器前部的过滤片需每半年（或10000公里）检查清洗一次。

9.驾驶员应经常保持空气滤清器芯子的清洁。

10.每半年应到改装地点全面对CNG供给系统检修一次，并按要求调整整个CNG转换系统。

11.储气瓶应按国家劳动部《气瓶安全检查规定》，定期对储气瓶进行检测，有不合格者应及时更换，检验后填写检测卡。

12.驾驶室及车辆附近不得使用明火。

13.行车时应避免气瓶及管路与障碍物撞击，发现供气系统有漏气现象时应及时排除。

14.车辆停止行驶时，应停放在阴凉处，防止日光暴晒。

15.保养车辆时，气瓶、减压器、管路等严禁敲击、碰撞。

16.严禁用明火方式检查有无气体泄漏，只能用发泡液（肥皂液）或气体检漏仪检查有无泄漏。

六、天然气汽车日常维护：

要想使天然气汽车保持很好的优越性，车辆的保养是非常关键的。天然气汽车经常注意保养哪些部位呢?

（一）、点火系统

火花塞使用时间不宜太长，最好能保证在2-3万公里更换一副火花塞，缸线最好保证在,5万公里更换一副，以保证良好的点火性能。

（二）、空气进气系统

要想天然气汽车获得良好的经济性能，除了良好的点火系统以外，空气进气系统的清洁干净是非常重要的。由于不同地区空气中粉尘的含量不一样，因此，空滤芯的维护周期也不一样，一般空滤芯保证在每周吹扫一下，每季度更换一个，这样就可以保证天然气汽车良奸的经济性能。

（三）、加热系统

这主要是对冬季，气温过低时，会造成减压装置内部的橡胶部件变得僵硬，从而工作不正常，使得车辆无法正常运行，故障率高。由于大部分出租车没有清洗过发动机水道，使得对天然气减压装置的加热不够。如果车辆长时间没有清洗发动机水道，最好先清洗一下，待减压器热了以后再使用，并且即使在夏季，车辆也要使用防冻液，以免水垢生成太多。

（四）、气路系统的检查

天然气装置安装到用户的车上后，用户要注意经常进行泄漏检查，因为它也是您车上的一部分，经常进行泄漏检查是非常重要的。具体做法是:用一塑料瓶装满洗洁精水溶液，在检查时，将洗洁精水溶液喷到气瓶接头、减压器高压管线接头、压力表接头、压力阀接头上，如果有气泡产生就证明有泄漏，可以关上气瓶阀到改装厂进行检查维修。

（五）、其它

1、定期清洗节气门；

2、定期清洁电瓶桩头；

3、定期进行车辆保养；

4、定期到改装厂进行调试检查。

柴 油 机 改 装 天 然 气 发 动 机 的 技 术 措 施

周 冬

( 南通职业大学， 江苏 南通 2 2 6 0 0 7 )

摘 要： 文章对柴油机改装为天然气发动机后动力性下降的问题， 提出了改进的具体技术措施。

关键词： 天然气发动机； 动力下降、 稀薄燃烧； 增压中冷；

电控多点燃气顺序喷射

中图分类号： X 3 8 4 文献标识码： B 文章编号： 1 0 0

6 — 5 3 7 7 ( 2 0 0 5) 0 2 — 0 0 4 0 — 0 2

Te c h n i c a l M e a s u r e s f o r Na t u r a l

Ga s En g i n e Re f it t e d b y Di e s e l M

o t o r

ZHOU Do n g

柴油机改装天然气发动机技术是近几年世界各国

研究的重点， 也是天然气发动机应用的前沿技术。 天然气

作为车用燃料， 最大的优点就是低污染性。 与传统汽油车

相比较， 一氧化碳的排放量可减少到1 ／ 1 5， 碳氢化物排放

量可减少到1 ／ 5 ， 二氧化硫减少了4 ／ 5 ， 且没有苯、

铅、 硫等

有害物质。此外 ， 天然气不会稀释润滑油影响其品质， 因

此能延长发动机和机油的使用寿命，提高经济性并减小

运行噪声。 我国有丰富的天然气资源， 天然气汽车在我国

有广阔的发展前景。目前我国天然气发动机的应用主要

是在原有的汽油机和柴油机的基础上进行系统改造。在

汽油机改造较为成熟的基础上，考虑到大中城市公交车

辆普遍采用柴油机及经济性等方面因素，在原柴油机基

础上， 去掉柴油喷射系统， 增加点火系统和天然气供气系

统，将其改装成火花塞点火式天然气发动机。如依维柯

8 型、 康明斯B 5 · 9 _ _ 1 9 5 G型、 福特3 8 0 型等柴油机改

装天然气发动机后， 功率增大， 燃料费用降低， 具有广阔的

应用前景。

1 动力性下降是柴油机改装后的主要问题

一

般来说 ，由柴油机改装的火花塞点燃式天然气发

动机与原机相比， 动力性会有所下降， 这主要是由天然气

的特性( 见表) 决定的。

天然气与轻柴油的性能比较

中田环保产业 2 , O 0 5 ． 2

热值是燃料能量的量度，是单位质量的燃料完全燃

烧释放出的热量。如上表所示 ， 虽然天然气的热值较高，

但天然气与空气形成混合气的热值比柴油的混合气热值

低约9 ％， 造成了功率损失， 这是动力下降的主要原因。 其

次， 通过上表可以看出， 对于相同排量的发动机， 天然气

的燃烧质量比汽油的燃烧质量少，这是造成天然气发动

机动力下降的另一个原因。 第三， 天然气的燃烧特点是着

火温度高， 火焰发展期长。同一空燃比时， 天然气的主要

成分甲烷的层流火焰传播速度比柴油低1 2 ％，使得发动

机总燃烧期增长， 造成气缸内压力和温度上升缓慢， 致使

发动机动力下降。

2 提高天然气发动机动力性的技术措施

2 ． 1 稀薄燃烧

有关数据表明， 在中等转速时， 柴油机的平均有效压

力为1 ． 1 5 MP a ， 改装为天然气发动机后， 由于天然气辛烷

值达到1 3 0 ，在理论空燃比时就受到爆震和排温的限制，

平均有效压力一般为0 ． 9 MP a 。 如采取稀薄燃烧， 加大

空气

量， 有效降低排气温度并减弱爆震趋势， 这样可以通过增

压技术将平均有效压力增加到1 ～ 1 ． 0 5 MP a ，确保了较高

的动力性。此外， 从发动机效率、 可靠性和耐久性方面来

分析， 稀薄燃烧也具有一定的优势。

顺利实现稀薄燃烧的关键在于让混合气快速燃烧，

即缩短火焰的发展期和燃烧持续时间。 研究表明， 燃烧速

度很大程度上取决于混合气的紊流运动。首先由于紊流

加剧， 天然气与空气混合充分， 加入燃烧的成分增加； 其

次，紊流能够使火焰表面产生褶皱，从而增加火焰表面

积， 提高燃烧速率。 第三， 紊流能增加火焰的传播速度， 提

高局部燃烧速率。增加紊流的手段主要是采用有利于降

低压缩比且能够使天然气快速燃烧的盆形燃烧室结构或

改变进气道的形状来形成一定强度的空气运动，从而产

生较强的紊流运动， 以达到速燃的目的。

维普资讯 2 ． 2 增压中冷技术

为了补偿稀薄燃烧带来的功率损失， 通常采用柴油

机普遍运用的增压中冷技术提高天然气发动机的功率。

供气

1 ． 扩压器 2 ． 空气滤清器 3 ． 中间冷却器 4 ． 涡轮

图 1 增压中冷工作原理

发动机的输出功率与每一循环进入各缸的充气量有

关， 增加进气管的充气密度可提高功率， 这就是涡轮增压

器得到广泛应用的原因。但随着压力增加， 扩压机出口的

空气温度随之升高，在一定程度上限制了空气密度的提

高。要想进一步增加空气密度，必须降低增压空气的温

度， 就要采用中间冷却措施， 如图1 所示。 所谓“ 增压中冷” ，

是将发动机的冷却水或汽车上的散热风扇的进风， 通过中

冷器3 ( 热交换器) 对已增压的发动机进气进行中间冷却。

车用发动机较多采用空对空中间冷却器，利用散热器的

通风进行冷却，一般情况下能将空气温度降到5 O ℃左右。

实验表明，在给定的增压压力下，增压空气温度每下降

I O ~ C， 密度就增大3 ％， 在同样的空燃比下， 实际功率可提

高约3 ． 5 ％。同理， 中冷技术还可以降低发动机在相同额定

功率下的热负荷和排气温度以及最大爆发压力。

2 - 3 电子控制喷射系统

天然气的成分复杂， 加之发动机实际工况多变， 要想

提高汽车的动力性 ，天然气的准确喷射时刻和精确的喷

射量是关键， 这须由电控多点燃气顺序喷射系统完成。

【 曲 轴位置传感嚣 — - —

函丽

r I 由。 ’I 删 J 电

进 气 压 力 传 感 嚣 — — — — 一 控 电 子 点 火

嚣『

节气门位置传感嚣 ———一

冷 却 水 温 度 传 感 嚣I - 堕 怠 速 电 磁 阀I

进气温度传感嚣l - 兀 — —

天然气关断电磁阀

图 2 电控 系统原理

从图2 可看出， 电控单元根据从各传感器得到发动机

进气压力、 转速、 节气门开度和进气温度等数据分析发动

机的具体工作工况，然后从存储单元中读取与发动机实

T

技 e ch n

I o

术 l o g

I i c

研 a l S

I t u

究 d yl 4 · I I I l 1 r

际工况相对应的喷气控制脉宽，并根据发动机的反馈信

号进行修正，最后根据曲轴位置信号设置天然气喷射阀

的控制命令，完成对天然气多点顺序喷射时刻和喷射量

的精确控制，使天然气发动机的动力性接近原柴油机指

标， 不采用催化器时排放指标达到欧 I 标准。

2 ． 4 点火优化措施

( 1 ) 二级点火

如果缸径超过1 6 5 m m，混合气的强紊流运动就有困

难， 而且大缸径燃烧室的火焰传播距离长， 仅依靠混合气

的紊流运动不足以实现稀薄混合气的速燃。此时可以采

取二级点火即双燃烧室燃烧系统。如图3 所示， 分为互相

连通的主燃烧室和预燃烧室。 由于混合器的调节作用， 经

进气管进入主燃烧室的是稀混合气。一部分天然气经止

回阀进入体积较小的预燃烧室。 在压缩行程中， 由于活塞

上行， 主燃烧室内的部分稀混合气被压入预燃室， 在预燃

室内形成紊流， 并与纯天然气混合形成理论浓度混合气。

当该部分混合气被点燃燃烧后，高温高压气体经喷孔以

高温火焰射流的形式高速喷入主燃烧室，迅速点燃主燃

烧室内的稀混合气， 同时在主燃烧室内形成强烈的紊流，

从而大幅度提高燃烧速度。

5

4

1 ． 空气滤清器 2 ． 增压器 3 ． 中冷器 4 ． 电磁网

5 ． 高压减压阀 6 ． 调节阀 7 ． 减压调节器 8 ． 稳压器

9 ． 混合器 1 O ． 止回阀 1 1 ． 火花塞 1 2 ． 预燃室 1 3 ． 主燃室

图3 二级点火燃烧系统总体布置

( 2 ) 高能点火

采用稀燃技术后 ，天然气发动机的点火能量比传统

汽油机要高， 一般要达到3 0 k V以上。传统点火系统的点

火能量已不适应要求， 必须采用高能点火方式。

高能点火控制系统主要通过定时器T D 、 T l 、 T 2 的中

断来进行控制， 在系统程序处于脉谱图处理阶段时， 通过

串口的中断与C P U 根据协议进行数据传递和处理。

3 结语

将柴油机改装为火花点火式天然气发动机的技术在

国外发展很快， 并带来明显的经济效益和社会效益。 对国

内来说，此项技术对柴油机的改动较大，技术上还不成

熟， 还需积极探索适合我国国情的具体技术措施， 为推广

天然气汽车的发展、 改善环境作出贡献。

CHI NA ENMI RONMENT ^I PROTE I ON I NDU