淺析清潔能源在重型汽車上的應(yīng)用

馬鳳清

（（中信機(jī)電制造公司科研設(shè)計院，山西 侯馬 043007）

1 國內(nèi)清潔能源的應(yīng)用情況

1.1 國內(nèi)LNG開發(fā)應(yīng)用情況

國外LNG技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用已成熟。20世紀(jì)90年代，我國開始LNG的研發(fā)利用工作。目前，我國在液化天然氣的生產(chǎn)、儲存、運輸、氣化、汽車加氣等方面的技術(shù)都已成熟。同時，LNG發(fā)動機(jī)以天然氣為單一燃料，是在充分發(fā)揮天然氣特性的基礎(chǔ)上，各發(fā)動機(jī)廠家對發(fā)動機(jī)自身結(jié)構(gòu)進(jìn)行了針對性改造，使得其整體性能得以大大提高。目前上柴、濰柴、玉柴等國內(nèi)大型發(fā)動機(jī)廠家已經(jīng)陸續(xù)推出成熟機(jī)型，市場表現(xiàn)良好。

1.2 山西煤層氣資源及應(yīng)用情況

1.2.1 山西煤層氣資源情況

山西是全國煤層氣資源富集地區(qū)，煤層氣資源非常豐富，儲量超過10萬億m3，約為全國煤層氣資源儲量的1/3。有效利用煤層氣資源對促進(jìn)山西省及其周邊區(qū)域能源結(jié)構(gòu)調(diào)整有著積極的作用。煤層氣資源應(yīng)用于重型汽車燃料，也符合國家和山西省開發(fā)利用新能源、調(diào)整能源利用結(jié)構(gòu)、節(jié)能減排的政策。

1.2.2 煤層氣應(yīng)用問題

目前，山西LNG產(chǎn)品從抽取、壓縮、深冷等技術(shù)都比較成熟。

2 關(guān)鍵技術(shù)的探討

煤層氣重型汽車開發(fā)

2.1 總體思路

針對山西豐富的煤層氣資源，進(jìn)行市場調(diào)研，結(jié)合區(qū)域用戶的使用要求，在普通6×4重型牽引車基礎(chǔ)上，整合國內(nèi)氣體發(fā)動機(jī)、液化煤層氣貯氣瓶和燃?xì)夤┙o系統(tǒng)等相關(guān)優(yōu)勢技術(shù)資源，進(jìn)行專項開發(fā)設(shè)計，匹配優(yōu)化，形成液化煤層氣燃料重型車輛技術(shù)方案。

2.2 總體方案

1）6×4牽引車主要技術(shù)指標(biāo)，見表1。

2）在總體布置上系統(tǒng)地分析該類車型的特點，通過討論及評審，確定在車輛前軸與中橋之間，駕駛室后部，車架上翼面布置集成燃?xì)馄考爸Ъ芸偝桑ＷC預(yù)留其余部件所占用的安裝空間及操作空間，使整車總體結(jié)構(gòu)布置緊湊，見圖1，也使得各軸荷分配更合理。該布置方案不占用底盤兩側(cè)的空間，在保證掛車前回轉(zhuǎn)半徑的情況下，從而實現(xiàn)軸距最短。大大地節(jié)約了整車可利用空間，從而軸距明顯縮短，牽引車及掛車機(jī)動性更靈活。

表1 6×4牽引車主要技術(shù)指標(biāo)

圖1 總體布置方案

3）整車輕量化設(shè)計，滿足限載要求。車架采用輕量化高強(qiáng)度的610L鋼板，在降低車架重量的同時，強(qiáng)度達(dá)到原設(shè)計水平；前懸架選用少片簧結(jié)構(gòu)，總重較多片簧結(jié)構(gòu)約減輕60 kg等，整車整備質(zhì)量9 800 kg。

4）采用整車性能模擬計算軟件AVL-CRUISE，建立了整車模型并通過試驗驗證了模型及計算結(jié)果的正確性。利用CRUISE軟件計算各工況下車輛的燃料消耗率，結(jié)合發(fā)動機(jī)特性曲線，分析了影響車輛動力性和經(jīng)濟(jì)性的導(dǎo)致因素，通過重新匹配傳動系，從而達(dá)到了整車動力性（動力性計算結(jié)果見表2）、燃油經(jīng)濟(jì)性的匹配合理[1]。

表2 動力性匹配計算結(jié)果

2.3 燃?xì)馄客屑艿脑O(shè)計及分析

燃?xì)馄客屑苁窃撥囆偷年P(guān)鍵件。氣瓶托架設(shè)計為雙層整體框架結(jié)構(gòu)，見圖2，框架內(nèi)的2個氣瓶被分為兩層，每層氣瓶通過下部半圓鞍型支座，上部橡膠墊條及寬箍帶緊固的安裝方式，從而使每個氣瓶的6個自由度均得到限制。

圖2 雙層整體式托架組件圖

該套托架又方便地對每一個氣瓶進(jìn)行維護(hù)和檢查。外框架呈矩形結(jié)構(gòu)，可有效地保護(hù)絕熱瓶及相關(guān)部件免受因外力導(dǎo)致?lián)p壞。由于采用模塊化設(shè)計理念，使其在其他車型上的運用通用化程度更高[2]。

3 LNG技術(shù)應(yīng)用驗證

按照QC/T 257-1998《壓縮天然氣汽車定型試驗規(guī)程》等規(guī)定，對1輛LNG牽引車樣車進(jìn)行整車參數(shù)測量、基本性能、天然氣專用裝置和安裝要求檢查、操縱穩(wěn)定性試驗，10 000 km可靠性行駛試驗。可靠性行駛試驗里程分配：山區(qū)公路2 000 km、高速行駛3 000 km、壞路5 000 km。

試驗結(jié)果表明：

1）樣車主要技術(shù)參數(shù)、基本性能符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的要求；

2）樣車的天然氣專用裝置和安裝要求檢查符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求；

3）10 000 km可靠性行駛試驗結(jié)果滿足汽車產(chǎn)品設(shè)計定型要求。

4 社會及經(jīng)濟(jì)效益

4.1 社會效益顯著

該技術(shù)利用煤炭開采過程中排出的煤層氣（瓦斯）作為汽車燃料，使廢氣變成了綠色燃料。使用煤層氣代替柴油作為汽車燃料，基本無污染。此外，抽采煤層氣，減少了煤礦開采工作面的瓦斯含量，極大促進(jìn)了煤礦安全生產(chǎn)，社會效益極其顯著。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益可觀

根據(jù)用戶試用統(tǒng)計數(shù)據(jù)結(jié)果表明，使用LNG液化天然氣的燃?xì)廛嚕抗镙^燃油車省0.8元人民幣，使用LNG作燃料比柴油節(jié)約燃料成本30%，運營里程越長，經(jīng)濟(jì)性越明顯[3]。

5 結(jié)束語

通過研究和開發(fā)應(yīng)用，LNG在重型汽車上的應(yīng)用技術(shù)可行，滿足國Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)要求，最大續(xù)航里程可達(dá)1 000 km以上。經(jīng)濟(jì)可行，具有較好的社會效益。

但是，現(xiàn)有加氣站數(shù)量少，氣源供應(yīng)不足，難以滿足客戶的需求，省內(nèi)各地加氣站還未形成網(wǎng)絡(luò)。建議：政府給予重點關(guān)注和支持，有效地解決配套政策和配套設(shè)施，促進(jìn)技術(shù)應(yīng)用帶動經(jīng)濟(jì)行業(yè)快速發(fā)展。

[1]余志生.汽車?yán)碚揫M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

[2]張道文.天然氣汽車技術(shù)改進(jìn)[J].天然氣工業(yè)，2006（2）：36-39.

[3]周士崇.燃?xì)馄嚨膽?yīng)用及其發(fā)展[J].遼寧交通科技，2000（1）：77-80.