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中型天然气垃圾转运车及巴西交通变化

Fabio Nicora

依维柯拉丁美洲公司

Tiago Bahia Santos

Henrique Augusto Pires Rezende

依维柯拉丁美洲公司

摘要

在欧洲、中国、印度和美国，天然气如今被认为是真正可替代柴油的商用车用能源。

然而，在巴西，天然气经常用于工业用车及乘用车，且极有用于巴西及南美洲轻、中型商用车和公共汽车的现实可能性。

截至目前，12000辆依维柯天然气汽车正被欧洲不同国家和不同客户主要用于垃圾收集、城市物流和都市交通中。

压缩天然气（CNG）驱动的卡车代表了现今通过减少污染物排放及噪音提升社区生活质量的一个机会。对于运营商来说，燃料直接关乎费用开销。

2011年拉丁美洲依维柯开始在巴西市场开展CNG项目并推广CNG技术。该项目包括多款轻、中型卡车及一款公共汽车（十二米长）。

该项目涉及一款应用于垃圾收集的16吨4times;2 CNG中型卡车车型。该车型使用6升CNG四冲程发动机，已在客户市场测试并评估了6个月，使其性能及生产率接近柴油车辆，且使其节约成本并降低噪声废弃排放。

前言

当前大城市的主要问题之一是固体废物的适当处理。增长往往造成主要城市中心的脏乱, 为了维护的服务卫生在可接受的水平，政府被迫增加垃圾收集服务。这一增长直接通过增加负责清除路边垃圾的车队实现,这就恶化了大都市存在的问题:传统燃油燃烧造成的环境恶化。多年来，对于这一问题，汽车行业已经开发并提出了多种可行的交通工具解决方案。此时提出的CNG是最具有可持续性的解决方案之一。除了比柴油燃料驱动——几乎所有世界上重型车辆的驱动——有更好的经济优势外,天然气还具有众多环境优势,使其成为环境清洁部门的完美选择。一些正在推广中的CNG新技术（本文中将提到）将提高燃料利用率且可使用垃圾降解产生的甲烷作为替代燃料。此即为清洁循环形式。

全球CNG经验

现今，使用甲烷作为替代燃料既是机遇，也是制造者对解决影响世界运输的环境问题提供切实贡献所面临的一个挑战。天然气汽车的使用代表了投资的社会重要性，同时也是降低燃油消耗和成本而为客户提供的经济优势。在许多国家，通过对购买行为采取奖励措施，促进了CNG汽车进入公共汽车和城市清洁卡车市场。

西班牙在环境和城市服务中负责终端水源管理活动的FCC团体已经开始了天然气车取代柴油汽车的工作。如今由1000多辆CNG汽车组成的低能耗、低排放车队已经已运行在西班牙的各个城市。

其他意大利、德国、法国以及希腊等欧洲国家也在以西班牙为参考，增加CNG商用车队规模。

在美国，替代能源进行开发的前提是奥巴马在2012年1月24日的讲话，他在讲话中提到美国有足够的天然气储备，可满足国内未来100年的需求。美国总统将创造更多就业岗位且发展清洁廉价的燃料卡车和工厂，这表明天然气的发展无需为了适应环境和经济发展而进行调整。

许多美国垃圾回收公司正为取代柴油而进行调整。尽管天然气车价格更高，但通过使用CNG而非柴油，每年能节省更多燃料成本。

依维柯公司已持续多年有限研发天然气汽车技术。从1995年开始，依维柯已经对天然气产生了浓厚的兴趣，如今，除了作为唯一提供从轻型到重型全系列甲烷商用车和工业用车制造厂之外，其在欧洲公共场所的流通车辆数量达到了12000辆，代表了欧洲研究和制造领域的领导者。

巴西的潜力

由于石油危机，巴西在80年代开始使用压缩天然气（CNG）替代商用车和重型车的柴油能源。

当时PETROBRAS公司与其他几个公司参与了柴油与天然气部分替代转换系统的研究，即天然气—柴油系统。通过检查技术和经济上的可行性后，一些公共汽车公司的发动机试验台和道路试验取得了良好的成果。但由于巴西天然气供应网规模过小等各种因素，且缺乏关于天然气使用的相关知识和技术支持，该项目在没有任何进展和经验的情况下被迫中断。

在巴西进行的其他相关实验中，专用天然气（Otto循环）发动机进行了发展并应用于巴西的城市公共汽车上。目前多项因素开始重新鼓励天然气在重型车辆上的应用：

巴西轻型天然气车辆发展引起的天然气供应网的扩大，部分解决了过去的后勤供应问题。

环保部门对于温室气体和城市中心颗粒物排放问题施加压力

2012年1月施行的Proconve P7规范（欧 V）。

巴西天然气的新勘探使市场供大于求，与玻利维亚的天然气进口合同以及目前工业的天然气消耗量需求过低

替代进口柴油（在贸易平衡中占很大比重）的需求

根据上述假设和现状，在2011年，依维柯决定着手于发展轻、重型商用车的CNG技术。该项发展计划涉及国家不同地区的分销商、客户及消费者，目前已接近尾声。多个环境工程公司已经对参加发展及测试该项目表现出了很大的兴趣。他们着眼于收集运输垃圾、降低成本及对环境的低影响等方面。为了满足垃圾收集行业的需求，依维柯开发并完成了一个原型，该原型由阿雷格里港的Revita / Solviacute;公司（Sulgaacute;s天然气库存分销商）进行了6个月的测试。这次评估的目标是评估用户实际使用时的产品性能。

原型架构

在巴西，该原型提出并实现在用于RSU的商用CNG车辆上

此图所示为TECTOR 170E20G模型，重达16吨，配备FPT依维柯NEF-6的PBT奥拓循环发动机，由CNG驱动，六缸140kw，扭矩为650Nm。原型中包括许多可提升实际应用中表现的技术方案，例如单一减速轴以及较短且强化过的后悬架和制动器。储能系统包括六个CNG气缸，底盘两侧分别安放三个，总容量为21m³，至多可储存126m³的CNG，最大压力可达200巴。如此强大的储存能力使车辆可满足清理城市垃圾的每日需求。我们安装了供应阀以满足巴西CNG供应网覆盖范围外的供应。

图1.TECTOR CNG主要部件布局

为了限制车辆为其中的污染物，此处使用了可使氮氧化物和PM指数满足欧V标准的一种三相催化剂。

根据客户需求，车辆安装了15m³的由液压驱动的垃圾压实机。

此原型的主要参数如下：

型号： Iveco Tector 170E20G CNG

轴距: 3690 mm

车辆总重: 16 吨

发动机: NEF 6 CNG

变速箱: Eaton Manual FS6306B – 6级变速

主减速比: 6.43:1

CNG储存箱容积: 126 m³ @ 200巴

垃圾压实器容积: 15 m³

图2.TECTOR CNG垃圾车

图3.TECTOR CNG 垃圾车

NEF 6型CNG发动机

用于FPT工业用CNG发动机的化学计量燃烧系统使用了三相催化剂，使系统具有极大的可靠性和很长的使用寿命，在城市商品配送车辆中经过了多年的测验。该系统与其他不同，可使气体构成被监测，适应发动机的运行状况从而维持低排放水平而不影响性能。火花塞使发出的噪音甚至低于同等的柴油发动机。正如在欧盟所进行的实验项目Fideus（欧洲城市空间货运创新）中得出的结论，这种车辆尤其适合市中心夜间使用，且无需采取进一步的隔音措施。

NEF6发动机拥有6个增压式四冲程气缸，每缸2气门。

该发动机间接接入公共线路供电，且完全电子化管理，以根据不同使用条件完成优化操作，从而最大限度的减少污染排放和能源消耗。

NEF6 CNG发动机通过化学计量比计算混合气比例，通过lambda;闭环保证废气中无氧气，此闭环由特殊ECU（电子控制单元）控制。

ECU通过电控电动节流阀调节气流速度，通过控制特殊电磁阀调节涡轮增压风机，以此使燃油喷射（多点）时空燃比保持在最佳范围内，并计算点火时间。

以上这些功能使发动机可适应环境参数和负载的变化正常运行。

点火系统为每缸一个线圈的动态类型，电源模块包含在ECU内。

引擎中发生的变化（元件老化等）和相关补偿可根据自适应准确的在ECU中映射，同时也存在检测燃料质量的相关自适应功能。

图4.NEF 6 CNG 发动机

此电动喷油器是为甲烷发动机特殊设计的，通过喷油器向吸气阀喷射时的压力为9巴。

此处的操作逻辑是“相位序列”型，根据发动机气缸的吸气顺序控制六个喷油器，而燃料供给可从每缸开始到达吸气阶段直到到达做功阶段前。

燃油从喷油器注入每个气缸进气管钱的进气歧管。从ECU中发出电脉冲在线圈中产生磁场，吸引磁心将顶针抬离外罩十分之一毫米。

发动机规格

循环模式 四冲程循环

燃料 天然气或生物甲烷

总容积 5.9 L

每缸气门数 2

压缩比 10:1

喷射系统 多点喷射

涡轮增压 几何涡轮废气增压

排放水平 EEV

性能表现

（50小时作业后的ECE 88/185/195——公差plusmn;5%）

最大功率 147kw（200CV）

最大功率转速 2500-2700 rpm

最大扭矩 650Nm

最大扭矩转速 1250-2000rpm

最低怠速 650rpm

图表1.NEF 6 CNG发动机动力及转矩图

此发动机排气系统采用三相催化转化器排气处理装置，能减少95%的所有三种污染物(NOx - CO – HC)的排放量。可能原因是发动机由化学计量比混合气驱动，lambda;闭环控制确保废气中不存在氧气。

两种贵金属（铂——Pt，钯——Pd）可处理三种污染物（NO_X-CO-HC）,因此被称为三相催化剂。

铂可催化CO和HC的反应，将它们转变成二氧化碳和水；

钯可催化NO_X转化为N₂的反应。

图5.三相催化转换器

CNG燃料混合物

天然气是一种气体混合物，主要由烷组成，其中，各组成成分的比例可能会有所不同。

在巴西分布的天然气中，根据区域不同，甲烷（CH4）所占百分比范围为83%-99%之间。其他化合物一般为乙烷（C2H6）、丁烷（C4H10），氮气（N2）、二氧化碳（CO2）等等。巴西国内天然气的主要化学--物理特性显示在下表中。

天然气无色、无味、无毒。法律规定，通过电子系统来控制甲烷发动机点火属于“自动调整”型，这意味着能够根据甲烷含量不同的气体自动调整几个点火参数。

CNG 主要成分	巴西	俄罗斯	意大利	阿尔及利亚
甲烷	89.13	98.07	99.62	83.28
乙烷	5.93	0.60	0.06	7.68
丙烷	1.8	0.22	0.02	2.05
丁烷	0.97	0.09	0.01	0,78
戊烷	-	0.01	-	0.21
正已烷	0.39	0.02	0.01	0.11
二氧化碳	1.44	0.11	0.02	0.19
氮气	0.34	0.87	0.26	5.52
氦气		0.01	- lt; 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料 资料编号：[150586]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word