天然气汽车是指以天然气作为燃料的汽车。按照所使用天然气燃料状态的不同,天然气汽车可以分为压缩天然气汽车(CNGV)和液化天然气汽车(LNGV)。
压缩天然气是指压缩到20.7～24.8MPa的天然气,储存在车载高压气瓶中。它是一种无色透明、无味、高热量、比空气轻的气体,主要成分是甲烷,由于组分简单,易于完全燃烧,加上燃料含碳少、抗爆性好、不稀释润滑油,能够延长发动机使用寿命。
液化天然气是指常压下、温度为－162℃的液体天然气,储存于车载绝热气瓶中。液化天然气燃点高、安全性能强,适于长途运输和储存。
目前世界上使用较多的是压缩天然气汽车。
与同功率的传统燃油汽车相比,天然气汽车尾气中的碳氢排放量可减少90%,一氧化碳可减少约80%,二氧化碳可减少约15%,氮氧化物可下降40%,并且没有含铅物质排出。在节能减排方面,天然气汽车的优势不言而喻。因而,大力推广天然气汽车,对于减少城市大气污染、改善空气质量、美化城市环境、提高居民生活水平作用重大。到2020年,预计全球将有6500万辆汽车使用天然气作为动力,占全球汽车保有量的8%。
天然气汽车与普通燃油汽车相比,在结构上主要增加了天然气供给系统。天然气供给系统由储气部件、供气部件、控制部件和燃料转换部件组成。
(一)大众汽车压缩天然气车型:途安TSI EcoFuel
大众途安TSI Eco Fuel以天然气作为主要燃料。在进气歧管内装备了天然气喷射装置,并由一根共同的高压轨道提供燃料。动力系统主要为天然气模式设计。而在紧急状况下,发动机管理系统可自动将燃料供给切换到汽油模式。经过改进的发动机控制单元可完美地处理任一种操作模式。
由于采用天然气做燃料,途安TSI Eco Fuel的一氧化碳、碳氢及氨氧化合物排放较原型汽油机车型分别降低了80%、73%与80%。温室气体CO2也降低了23%。消耗天然气4.8kg/100km。燃料成本大大低于汽油。如果只使用天然气做燃料。途安TSI EcoFuel能持续行驶约370km,加上11L汽油容量,最多可跑520km,大众途安TSI Eco Fuel的CNG和汽油加注口如图4-2所示。
图4-2 大众途安TSI EcoFuel的CNG(左下)和汽油加注口
为提高途安EcoFuel车型(见图4-3)的安全性,大众汽车进行了深入而周全的设计:如电磁阀在发动机熄火、汽油模式及车辆发生碰撞时,能自动切断天然气的供应;储气钢瓶的热安全阀与流量控制阀设计,避免了管线中不可控制的压力下降;而储气钢瓶中配置的压力阀,可以避免加气时钢瓶中天然气向外倒流等。因此,在安全性上,途安EcoFuel与普通汽油或柴油车型并无差异,大众途安TSLEcoFuel天然气车型参数表见表4-1。
表4-1 大众途安TSI EcoFuel天然气车型参数表
(二)奔驰汽车压缩天然气车型:E200 NGT
NGT是Natural Gas Technology的英文缩写,是奔驰运用的压缩天然气技术的简称。E 200 NGT是奔驰以E级车为基础开发的压缩天然气和汽油为燃料的双燃料汽车。它采用与E 200KOMPRESSO R的同样的1.8L直列4缸发动机,最大功率120k W,最大转矩240N·m,0～100km/h加速只需要9.8s,最高时速220km/h,无论采用哪种燃料,E 200 NGT(见图4-4)的性能都不会发生改变。
图4-3 大众途安TSI EcoFuel透视图
图4-4 奔驰E 200NGT透视图
驾驶人可以通过转向盘上的按钮来随时切换两个模式。开启天然气模式以后,仪表盘上会显示当前储存天然气的数量,当天然气耗尽的时候,系统会自动的切换到汽油模式。汽油箱容量为65L,位于备胎位置的天然气罐有18kg装载能力。当所有的燃料都充满时,E 200NGT可连续行驶1000km。该型号还可以选装80L的汽油箱,能再增加200km的行程,奔驰汽车压缩天然气车型主要参数表见表4-2。
表4-2 奔驰汽车压缩天然气车型主要参数表
(三)奥迪汽车压缩天然气车型:A5 2.0T－CNG
奥迪的压缩天然气市场还处于待开发中,不过也尝试推出相关的车型做研发。2007年,奥迪就展示过一台基于奥迪A5 2.0的压缩天然气概念车,这台车采用了新一代的高压轻量储氢罐和压力调节器,再基于公司出色的TFSI发动机,奥迪很有信心在未来的日子里用A4或A5来冲击压缩天然气汽车市场。
展示用的这台A5 T－CNG(见图4-5)采用了4个储氢罐,容量共21kg。这些高压罐采用了碳复合材料和铝材料,因此质量非常轻。这比较于同样的汽油发动机车型,质量还轻了90kg。一次加满气A5 T－C～IG可以跑420km,做备用的汽油箱有14L,可以延长行驶距离180km。
图4-5 奥迪A5 2.0T－CNG透视图
为了使天然气达到最高效果,奥迪的A5T－CNG(见表4-3)采用了最新的带TFSI技术的直喷汽油发动机,最大功率可以到120k W。0～100km/h加速仅仅需要8.9s,最高时速228km/h。
表4-3 奥迪A5 2.0T－CNG主要参数表
(四)欧宝汽车压缩天然气车型:赛飞利1.6CNG Turbo
欧宝致力于发展以CNG压缩天然气为燃料的车辆,已经取得了令人瞩目的成绩。早在2002年,欧宝就推出了赛飞利1.6 CNG,取得了销售两万辆的好成绩;2006年,欧宝再次推出全新的赛飞利1.6 CNG,同样屡获好评;2009年,欧宝将首次将涡轮增压器装在赛飞利的1.6L发动机上,使性能突飞猛进。
新的赛飞利1.6 CNG Turbo,最大功率110k W,而在发动机转速2300r/min时,便可发挥210N·m的最大转矩,最高时速更达到了200km/h,加上仅144g/kmCO2排放的表现,不仅在环保上得到众人认可,而在性能方面,也不输给同级对手。
赛飞利1.6 CNG Turbo在天然气模式下,最高行驶里程可达到370km,加上额外的14L备用油箱,还可以让这台环保性能多功能车多行驶150km,欧宝天然气车型氢气加注口如图4-6所示;欧宝赛飞利1.6 CNG透视图如图4-7所示,欧宝Combo1.6 CNG透视图如图4-8所示,欧宝汽车压缩天然气车型主要参数表见表4-4。
图4-6 欧宝天然气车型氢气加注口
图4-7 欧宝赛飞利1.6CNG透视图
图4-8 欧宝Combo1.6CNG透视图
表4-4 欧宝汽车压缩天然气车型主要参数表
(五)本田汽车压缩天然气汽车车型:思域GX NGV
本田在混合动力、燃料电池和电动车方面一直走在汽车界的前沿,而其他替代能源产品线一样的丰富。在北美市场,本田家喻户晓的思域GX,就是一款传承三代的天然气汽车。依托于天然气的燃油经济性优势,思域GX车主每年的燃料费用甚至低于丰田混合动力车型普锐斯,令人叫绝。
思域GX早在1998年就以第六代为蓝本进入了北美市场,当时还没有哪家生产商专门制造天然气车型,作为美国的超低排放车型,思域GX的车主在美国享有4000美元的补助。2001年,以第七代思域为原型的天然气GX车型上市;2006年,随着全新的第八代思域登场,思域GX也跟着改头换面。
最新的第八代思域GX动力系统(见表4-5)采用最大功率84k W的1.8L SHOC i－VTEC发动机,搭配五速自动变速器后,拥有平均油耗11.9km/L与354km的最大巡航距离。
表4-5 本田思域GX主要参数表
(六)菲亚特汽车压缩天然气车型
图4-9 菲亚特熊猫Panda透视图
(1)熊猫(Panda)天然气版(见图4-9)
菲亚特熊猫的天然气版在车底下装置了两个分离的天然气储存罐,一共可以存放13kg压缩天然气,这可以让熊猫行驶约300km。另外,在储气罐中间还有一个30L的汽油箱,可以将行驶里程升至720km。储气罐的位置可以让熊猫仍然保持乘员和行李舱的空间,并且在安全方面也达到最优。单独使用天然气驱动,熊猫可以释放出38k W功率,0～100km/h加速需要19s;如果用汽油驱动,功率可升至44k W,0～100km/h加速需要17s。排放方面的差距是相当明显的,使用天然气仅仅119g/km,而汽油做燃料时,马上升至146g/km。
另外,装备1.2L双燃料发动机的熊猫的天然气车型还有一个四驱的版本,集成了4×4车型的良好的通过能力。两个独立的储气罐的装载能力为12kg,这可以让熊猫四驱版行驶270km,汽油油箱仍然为30L,最大巡航里程超过700km。
图4-10 菲亚特Ducato 140 Natural Power透视图
(2)菲亚特Ducato 1 40 Natural Power(见图4-10)
商用车一直是天然气最大的市场,菲亚特在欧洲占了半壁江山。2008年共销售5900辆天然气商用车,在欧洲占有率为57.6%。2009年,最新的Ducato 140天然气车上市将巩固菲亚特在此领域的领先地位。
Ducato 140采用一台3.0L发动机,最大功率有100k W,转矩350N·m。这台中轴距、高车顶的商用车最高时速可以达到155km/h,每100km消耗天然气8.8kg,排放为239g/km。Ducato 140主要以压缩天然气为燃料,一共有36kg,可以跑400km。而汽油只是作备用,只有15L,可以跑100km左右。
(七)国内目前压缩天然气车型
(1)力帆620 CNG(见图4-11)
力帆620 CNG双燃料汽车历经力帆汽车设计院三年潜心研制,经济环保,高效节能。系统部件意大利原装进口,由原厂专业设备安装,并配备了多点燃油喷射和60L储气罐,平均每公里的燃料消耗费用不足0.15元。搭载1.6L发动机的力帆620 CNG功率达到了78.66k W,在动力上,不输于普通的汽油发动机车型。尤其值得称道的是,力帆620 CNG车型搭载了力帆汽车自主研发的CVT技术。
图4-11 力帆620 CNG
图4-12 比亚迪F3 CNG
(2)比亚迪F3CNG(见图4-12)
比亚迪F3 CNG双燃料系统采用意大利LOVATO公司产品,快充式加气口,方便且可靠性能好。压缩天然储气瓶容积60L,采用混合器式控制,维修简洁方便。动力系统采用三菱4G18 4缸16气门发动机,0～100km加速只需12.3s,最大功率73.5k W,60L储气瓶行驶里最长约200km,汽油发动机最低油耗6.5L/100km。
(3)爱丽舍CNG(见图4-13)
爱丽舍CNG双燃料车采用汽油及压缩天然气电控多点喷射燃料供给系统的1.6L 16V高性能两用燃料发动机,其汽油喷射系统选用与爱丽舍相同的BOSCH ME7.4汽油电控单元。CNG系统适配PSA认可的意大利LOVATO最新一代的压缩天然气多点喷射系绕。另外,爱丽舍CNG将加气口设计在了车外后翼子板上,实现了外部直接加气,带截止阀的65L钢质内胆环向缠绕气瓶,使用更为安全可靠。
图4-13 东风雪铁龙爱丽舍CNG
(4)天语CNG(见图4-14)
天语CNG双燃料汽车采用意大利朗第伦索公司最新研制及生产的CMEGASCN G燃气多点顺序电控喷射系统。该系统采用了全新的开发理念,燃气电脑在控制燃气喷射的方式上完全依附于汽油电脑,使其在驾驶性能、尾气排放、功率损耗及燃气消耗各方面均优于以往各种类型的燃气系统。压缩天然气储气罐容积为75L,在使用压缩天然气时的巡航里程为:使用空调条件下180～210km,不使用空调条件下200～220km。
图4-14 长安铃木天语CNG
图4-15 长安悦翔CNG
(5)悦翔CNG(见图4-15)
悦翔CNG双燃料系统采用意大利CMVL公司的产品,意大利CMVL公司是国际上著名的燃气汽车改装设备专业生产企业,其产品减压器恒压供气技术和组合阀限充装技术在国际上享有盛誉。悦翔CNG气瓶是专门量车定做,65L的装气量,瓶体长度却控制在905mm,可以完全安装在行李舱内的最深处,大大提高了行李舱的有效容积,还用户最多的使用空间。加装压缩天然气系统后对整车轴荷及系统进行重新匹配,以达到最佳的操控性和舒适性以及整车姿态的完美。
国产压缩天然气车型主要参数表见表4-6。
表4-6 国产压缩天然气车型主要参数表
