青海油田在用車輛CNG改裝技術淺析

解海潮

（青海油田機械廠，甘肅 敦煌736202）

天然氣作為綠色能源是被公認為是最為現實和技術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用。青海油田積極響應國家節能減排的號召，充分利用天然氣資源，節約能源，降低環境污染，積極發展低碳經濟，達到油田清潔發展的要求。青海油田目前擁有皮卡車的數量約600輛，大多是用于短途巡井，油田公司已經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行CNG改裝提供了基礎保證。

1 CNG特性

天然氣（CNG）有如下特性：

（1）經濟性好。天然氣（CNG）具有極強的抗爆性（最小辛烷值ROZ達到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提高壓縮比，實現稀薄燃燒，因此CNG汽車熱效率較高。

（2）起動性能好。由于是氣態燃料，無須霧化就可以與空氣均勻混合，所以CNG汽車冷的起動性能好。

（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，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汽車燃料供給系統的種類

CNG汽車燃料供給系統的種類主要分成以下幾類：

（1）單燃料發動機燃氣供給系統。一般利用節氣門根據工況要求實現對混合氣量的控制，而可燃混合氣一般利用火花塞點燃。

（2）兩用燃料發動機供氣系統。汽油/CNG兩用燃料：在原汽油機上加裝一套CNG燃氣供給系統，包括高壓鋼瓶、高壓管路、濾清器、調節器、混合裝置等，在燃用天然氣時，替代原汽油機供給系統向發動機提供天然氣－空氣混合氣。

（3）雙燃料發動機供給系統。柴油/CNG混合燃料發動機供給系統組成：燃料供給系統、發動機控制保護系統、天然氣供給和調節系統、天然氣儲存系統。

3 車輛CNG改裝的技術現狀及特點

3.1 CNG汽車燃料控制系統的發展

CNG汽車燃料控制系統的發展到目前為止經歷了五代的發展，敘述如下：

（1）第一代產品：文丘里混合器系統。

（2）第二代產品：閉環電控混合器系統。

（3）第三代產品：多點（單點）連續噴射系統。

（4）第四代產品：多點順序噴射系統。

（5）第五代產品：多點順序缸內直噴系統。

3.2 CNG車輛改裝的現狀

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不成熟沒有得到推廣。

在車輛CNG改造技術中按照燃氣燃料供給方式主要有文丘里管混合氣形式、單點噴射、多點順序噴射三種形式，三種形式各有優缺點，文丘里管改造成本非常低廉，技術要求不高，應用廣泛，但同時系統的故障率較高，發動機的空燃比控制困難，節能效果差，冷啟動很差；單點噴射是在文丘里管方式上進行了改進，對噴射的燃氣量和時間用電腦進行控制，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；多點順序噴射徹底解決了燃料定量定點供給，解決了節能減排、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。

按照點火方式分有兩種形式，ECU電腦控制單元控制點火和專用分電器點火。分電器點火成本低廉，精度不準確、故障率高；ECU電腦控制單元點火準確，故障率較低，但是成本較高。結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、在用車輛技術狀況不統一的現狀，減少故障率，提高運行的效果和節能減排的效果。

4 青海油田車輛CNG改裝技術分析

天然氣（CNG）汽車燃料系統通常包括：天然氣氣瓶、減壓調壓器、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。青海油田作業區的平均海拔在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到60℃左右，溫差跨度較大，因此在進行在用車輛CNG改造時主要考慮車輛運行的可靠穩定性。進過調查對比分析，結合油田車輛的使用情況，在進行汽油車改造時選用多點順序噴射的ECU電腦自動控制系統，針對汽油車的特點選用雙燃料方式，利用原車的點火系統，增加天然氣燃料的定量供給，增加安全的供氣減壓系統，調整合理的空燃比，對使用的條件進行海拔、氣溫的標定，使之能夠滿足在任何工況下穩定工作。

目前，青海油田柴油巡井車輛主要是4JB1-T或者是4JB1的柴油發動機，由于降低柴油發動機的壓縮比，需要專用的活塞和缸蓋，國內開發柴油機專用活塞的企業比較少，機型較少，因此針對油田在用柴油機改造的機型比較固定（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穩定運行，對車輛的缸蓋和齒輪箱進行改進，增加發動機的冷卻效果，使用專用的缸蓋和齒輪以及齒輪室蓋。在電噴系統配置采用的是多點順序噴射，完全整合的主從式管理系統。具有系統穩定，節能效果明顯的特點，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氣歧管壓力200 kPa的壓力，然后CNG經過低壓氣體濾清器進入氣軌。燃氣再通過氣軌分配到噴嘴，根據發動機的負荷，噴嘴在發動機的進氣門處噴入所需的燃氣量。

5 改造的經濟性分析

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濟性進行了對比分析，將燃燒柴油的皮卡改裝成燃燒天然氣單一燃料后，每100 km可節省近54.4%的燃料消耗費，車輛經過改裝后，每百公里燃料費用可以節約35.2元，節能效果十分明顯，經過試車后車輛的技術性能能夠達到該車輛行駛要求，功率損失較小，值得推廣應用。尤其是車輛經過改造后，極大地降低了污染排放，對建設節約型和清潔型油田都有極其重要的意義。

6 結束語

通過調查分析，優化了改造方案，通過對改造車輛的實際測試和經濟分析，可以看出青海油田的在用車輛CNG改裝，達到了預期的效果并通過了技術監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模，對成本節約和節能減排兩方面都將做出一定的貢獻。

[1]GB/T 18437.1—2001.燃氣汽車改裝技術要求壓縮天然氣汽車[S].