使用天然氣的汽車的動(dòng)力性如何？對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)有影響嗎？

【專家解說】：天然氣汽車在使用中仍然存在一些問題，其中最為突出的是發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降、發(fā)動(dòng)機(jī)腐蝕與早期磨損的問題。 1.發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降及其原因 天然氣汽車使用中的一個(gè)主要問題是發(fā)動(dòng)機(jī)的功率比使用汽油時(shí)有明顯下降。據(jù)資料報(bào)道，汽車在使用天然氣作燃料時(shí)，功率一般要下降15%左右，個(gè)別時(shí)候下降更多。功率下降的結(jié)果，一方面導(dǎo)致汽車重載、爬坡或加速時(shí)動(dòng)力不足，另一方面導(dǎo)致燃料消耗相對(duì)增加，并增加污染物排放量。 天然氣汽車的功率下降主要原因在于燃料本身的特性和發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造。 在燃料性質(zhì)方面，汽油是液體燃料，而天然氣是氣體燃料。使用汽油時(shí)，液態(tài)汽油的體積與進(jìn)氣體積相比幾乎可以忽略不計(jì)，但用天然氣作燃料時(shí)，燃料本身的體積在整個(gè)進(jìn)氣中占有較大比例，因此導(dǎo)致進(jìn)入氣缸的空氣量減少，充氣系數(shù)下降，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降。 在發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造方面，決定發(fā)動(dòng)機(jī)功率的主要因素是發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，壓縮比越大，熱效率越高，有效功率就越大。同時(shí)，壓縮比越大，發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的傾向也越大。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比還必須與燃料的抗爆性相適應(yīng)。汽油的抗爆性決定了汽油機(jī)的壓縮比不可能太大，但天然氣的抗爆性很好，完全可以用于壓縮比較大的發(fā)動(dòng)機(jī)，從而提高其功率。天然氣汽車的應(yīng)用還處在起步階段，天然氣的供應(yīng)遠(yuǎn)不象汽油那樣普及，在這種情況下，專門設(shè)計(jì)的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)汽車很難推廣。目前投入運(yùn)行的天然氣汽車大多是兩用燃料汽車，既可以用天然氣，也可以用汽油。這種兩用燃料汽車為了兼顧使用汽油的需要，壓縮比提高較小或者沒有提高。因此天然氣高抗爆性的特性并未得到充分發(fā)揮，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降。 2.腐蝕與早期磨損及其原因 汽車以天然氣作燃料時(shí)，發(fā)現(xiàn)燃燒室部件明顯腐蝕，甚至曲軸也出現(xiàn)腐蝕，氣門、活塞環(huán)和氣缸磨損嚴(yán)重，與使用汽油時(shí)相比，汽車大修期通常要縮短1/3-1/2。 這是天然氣汽車面臨的另一個(gè)問題。天然氣汽車出現(xiàn)腐蝕和早期磨損的原因是由于天然氣中含有微量硫化合物(硫化氫)，引起氣缸、氣缸壁的腐蝕與磨損，使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力下降，使用壽命縮短，汽車大修期縮短。 3.提高天然氣汽車功率的措施 3.1提高充氣系數(shù) 充氣系數(shù)下降是導(dǎo)致天然氣汽車功率下降的重要原因，從理論上講，提高充氣系數(shù)是提高功率的一種途徑。但充氣系數(shù)下降是由天然氣本身的性質(zhì)所決定的，從燃料方面顯然無法解決這一問題，唯一的解決辦法是采取進(jìn)氣增壓措施。但進(jìn)氣增壓無疑會(huì)加大發(fā)動(dòng)機(jī)的體積和質(zhì)量，在實(shí)施中存在一定難度。 3.2適當(dāng)提高發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比 天然氣的辛烷值很高，抗爆性非常好，如果直接在汽油機(jī)上使用天然氣，就不能充分利用天然氣的這種優(yōu)點(diǎn)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率。如果將發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋減薄一部分，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，就可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，在一定程度上彌補(bǔ)部分功率損失。這種方法是人們通常采用的一種方法。但是，考慮到目前大部分天然氣汽車都是兩用燃料汽車，發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比不可能提高太多，否則一旦換用汽油作燃料，有可能產(chǎn)生爆震。因此壓縮比的提高有一定限度，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定。例如，原來使用70號(hào)汽油的汽車，改成兩用燃料汽車時(shí)，可將壓縮比提高到使用90號(hào)汽油的壓縮比；原來使用90號(hào)汽油的發(fā)動(dòng)機(jī)改成兩用燃料汽車時(shí)，可將壓縮比提高到使用93號(hào)或95號(hào)汽油的壓縮比。 對(duì)于象城市公共汽車那樣在固定線上行駛，天然氣供應(yīng)有保障的汽車，應(yīng)當(dāng)提倡使用壓縮比與天然氣抗爆性相適應(yīng)的單一燃料天然氣汽車，充分發(fā)揮天然氣高壓縮比的特點(diǎn)，以提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)功率。 3.3使用專用天然氣汽車發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油 天然氣是氣體燃料，使用中不會(huì)出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油稀釋現(xiàn)象，因此可以使用粘度較低的潤滑油，這樣可以減少粘度造成的功率損失，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。同時(shí)，天然氣汽車專用發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油可以有效防止氣門、活塞環(huán)等燃燒室部件的腐蝕與磨損，防止氣缸壓力下降引起的功率損失。 在CA6102天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上，對(duì)使用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油和使用ESC30汽油機(jī)潤滑油進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，外特性和負(fù)荷特性曲線如圖1、圖2所示。試驗(yàn)中所用燃料均為天然氣，燃料消耗量以天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積計(jì)算。從圖1中可以看出，與使用ESC30汽油機(jī)潤滑油相比，使用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油可以增大發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩，降低燃料消耗率10%左右。 4.減少腐蝕和磨損的措施 4.1天然氣脫硫 如前所述，天然氣汽車發(fā)生腐蝕和早期磨損的根本原因是由于天然氣中含有微量硫化氫。因此，對(duì)天然氣進(jìn)行脫硫處理是減少腐蝕和磨損的重要手段。但對(duì)天然氣進(jìn)行脫硫處理，也很難將硫化氫完全除去，因此，天然氣對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的腐蝕是很難完全避免的。 4.2采用耐腐蝕材料 采用抗硫化物腐蝕的金屬材料制造發(fā)動(dòng)機(jī)也是防止腐蝕的一個(gè)重要措施。但這種方法僅適用于新發(fā)動(dòng)機(jī)的制造，對(duì)于現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)是無能為力的。 4.3使用專門的天然氣汽車發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油 使用天然氣汽車發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油代替目前使用的汽油機(jī)潤滑油是防止天然氣汽車發(fā)動(dòng)機(jī)腐蝕的有效措施，這種方法不但簡(jiǎn)便，而且不增加成本。 天然氣汽車發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油與汽油機(jī)潤滑油相比具有較高的堿值，有很強(qiáng)的酸中和能力。5萬km行車試驗(yàn)表明，該潤滑油能有效防止硫化氫的腐蝕，減少發(fā)動(dòng)機(jī)磨損，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)大修期1/2以上。 該汽車5萬km道路試驗(yàn)前、后氣缸尺寸變化以及燃燒室部件腐蝕與磨損情況分別列于表1和表2。 表2 燃燒室部件蝕磨情況 車號(hào) 潤滑油類型 行駛里程/km 燃燒室部件腐蝕及磨損情況 更換氣門次數(shù) 更換活塞環(huán)次數(shù) 氣門腐蝕狀況 氣門最大磨損量/mm 氣門平均磨損量/mm(104km)-1 026 ESC30汽油機(jī)潤滑油 43655 1 1 嚴(yán)重腐蝕 0.075 0.0171 018 天燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油 52968 0 0 正常 0.075 0.0141 024 51984 0 0 正常 0.060 0.0134 5.結(jié)論 a.天然氣汽車功率下降的原因是由于充氣系數(shù)下降和發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比較低； b.發(fā)動(dòng)機(jī)早期磨損的原因是由于天然氣中含有微量硫化物引起的； c.提高天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)功率的措施主要有進(jìn)氣增壓、提高發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比和使用專用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油； d.防止腐蝕和早期磨損的途徑包括天然氣脫硫、使用耐腐蝕材料制造發(fā)動(dòng)機(jī)和使用專用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油； e.使用專用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油對(duì)提高功率和防止發(fā)動(dòng)機(jī)的腐蝕與早期磨損都有顯著效果，是一種簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)和有效的措施。