增加到19款CNG车型，大众集团和行业伙伴开展第三届CNG Mobility Days

大众汽车集团及其天然气供应商，系统网络和加气站运营部门的行业合作伙伴将在柏林举行的第三届CNG（压缩天然气）出行日（欧洲时间2019年6月25日至26日）上展示其产品和服务，概述当前CNG的形势和未来的发展趋势。大众集团旗下的品牌也将在乘用车，卡车和公交车领域展出他们最新的CNG车型。

随着旗下车系电气化的推进，大众汽车集团及其旗下品牌继续依赖CNG（压缩天然气）作为交通脱碳的替代驱动技术。大众汽车集团目前提供了所有厂商里最广泛的CNG车辆选择。在2019年5月中旬的年度股东大会上，大众汽车公司管理董事会主席Herbert Diess宣布CNG将继续在未来发挥重要作用：“我们是全球天然气驱动系统的领导者，比竞争对手占领先机。我们还计划进一步扩大和改进这项技术。“

使用CNG作为汽车的能源有助于减少排放，在经济性和效率性方面都是汽油和柴油的有效替代品。 “大众汽车致力于巴黎气候协议。 CNG在替代驱动系统战略中发挥着重要作用，该战略与集团的电气化趋势并驾齐驱。这项技术经过充分验证，可立即使用，高效且经济。此外，CNG汽车不会受到市中心驾驶禁令的影响，“大众CNG Mobility代表Stephen Neumann解释道。他补充说：“使用生物甲烷和e-gas进行加油可以实现更好的二氧化碳平衡。生物甲烷来自有机残留物，而e-gas则来自过量的绿色电力（电力 - 天然气）。两者都可以很容易地进入天然气网络并与任何数量的化石天然气混合。“

大众汽车集团旗下的品牌及其行业合作伙伴已经在这个领域研究了一段时间;自2013年以来，奥迪一直在Werlte（Emsland）运营世界上第一个工业e-gas工厂，例如，将风力发电生产的e-gas送入天然气网络 - 使奥迪成为CNG的参与者和能源革命中的催化剂。

大众集团目前提供17种CNG车型。两个新型号——?KODA Scala和?KODA Kamiq将在CNG出行日上作为该品牌首款CNG车型发布。该系列产品涵盖从大众，奥迪，西亚特和斯柯达的紧凑级车型，到商务领域的奥迪高级车和轻型商用车。由于CNG型号范围不断扩大，2018年的销售数字与上一年相比几乎翻了一番。

在新的CNG车型中，例如Polo TGI（66 kW/ 90马力）和高尔夫TGI（96 kW/ 130马力），油箱的尺寸显著减小，车辆中安装了额外的CNG气缸，以及已开发出的CNG驱动系统。此外，大众高尔夫TGI和高尔夫Estate TGI（96 kW/ 130 PS）配备了针对CNG使用而优化的发动机，在低发动机转速下也具有特别低的油耗，更高的动力输出。

在最新的ADAC Ecotest中，Polo TGI证明了CNG型号既经济又干净，同时又极具吸引力。它是七款最高五星安全的车型之一，也是该组唯一一款内燃机。它在2019年取得了迄今为止的最佳成绩95分。SEAT推出的Arona 1.0 TGI，这家西班牙公司是全球第一家为SUV提供CNG技术的制造商。在A5 Sportback g-tron中使用的奥迪新款2.0 TFSI发动机证明了CNG车型也可以非常运动。该引擎最近获得了150至250 PS类别的年度国际发动机奖，是可以用于CNG车型的发动机。

CNG对卡车和公共汽车也非常重要。作为CNG出行日的一部分，MAN和SCANIA品牌还将首次报告CNG卡车和公共汽车的最新发展。根据欧盟新的排放标准，到2030年，二氧化碳排放量必须从2019年的水平下降30％ - 这一目标使用传统的驱动系统几乎无法实现。 CNG的燃油消耗量已经比柴油车低15％，是卡车和公共汽车的直接可用替代品。目前，对于运输公司来说，使用CNG的一个特别有说服力的理由是天然气动力卡车的通行费可以免除。

大众汽车集团与行业合作伙伴联盟最近获得了进一步的发展，天然气加气站运营商OrangeGas和意大利天然气输送系统运营商Snam S.p.A.（SocietàNazionaleMetanodotti）加入了CNG工业集团。 CNG Mobility行业组织的目标是按比例扩大CNG车辆类型，基础设施和加气站网络。

液态+气态双运行，大众再推超牛X天然气发动机

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大众的新型1.5 L-EA211-TGI-EVO增压直喷式压缩天然气发动机能以液态和气态两种燃料方式进行运作。除了具有高压缩比之外，该类发动机最重要的特点是高效地采用了TGI-Miller燃烧过程，并使其与VTG涡轮增压相组合。

1 背景

大众集团计划采用压缩天然气（CNG）作为可持续车用燃料，并与供应商、网络运营商和加气站运营商进行通力合作,于2007年开始了关于CNG的相关研究，通过采取各种各样的措施仅在一年内就实现了采用CNG作为替代燃料，而其研究目标则更为具体：直至2025年将在德国建成约2 000个CNG加气站，并使供应量提高到可供百万辆CNG汽车使用。由于减轻CNG燃料的纳税金额负担现象会持续至2026年，因此这种政策使相关用户获益匪浅，驾驶CNG汽车出行即经济又环保。

大众集团预期未来采用CNG燃料还将具备多方面的意义。其中，从液态能源制取的天然气将承担全球能源供应的较大份额：国际能源署（IEA）预测在某些情况下，直至2040年其份额甚至会上升到25%以上。基于化石天然气的常规天然气因其化学特性已为降低CO2排放提供了较好的潜力，而且也为人工合成气态燃料开启了新的机遇，所谓的新型合成能源（E-Fuels）燃料有着大幅降低排放的潜力，它们是合成燃料，例如可通过水和二氧化碳采用再生电流生产。

2 以EA211-TSI-EVO汽油机为基础

通过研究CNG汽车化和E-Fuels燃料以改善环境所具备的技术潜力，大众认为有义务提升其生产推广的可能性。随后，大众公司在其产品系列中提供了一种用于Golf等级轿车的CNG动力装置，可使现代CNG动力装置的供应更为完善（图1），其特点是具有较高的效率，而燃油耗则相对较低。

图1 大众集团的CNG发动机

随着2006年1.5 L-TSI-EVO增压分层燃烧直喷式（TSI）汽油机的推出,大众公司首次将增压分层直喷-米勒循环（TSI-Miller）燃烧过程投入大量生产。在开发TSI动力装置时就已考虑到将其用于TSI-Miller循环燃烧过程。此外，该燃烧过程与可变涡轮几何截面（VTG）增压相结合，可理想地适合于二元运行（可分别使用液态或气态两种燃料运行），再加上凸轮轴相位调节确保了无论是使用CNG还是使用汽油都能高效地运行。1.5 L-TGI-EVO增压直喷式压缩天然气发动机（图2）已成为进一步开发的技术基础，在进一步拓宽的车型生产业务中大众公司则提供了可改善环境的CNG和E-Fuels燃料（图3），因此该类动力装置是大众公司的一项重要贡献。

图2 新型1.5 L-EA211-TGI-EVO CNG发动机

图3 大众集团的CNG车型

3 新型EA211-TGI-EVO CNG发动机

1.5 L-TSI-EVA增压分层燃烧直喷式（TSI）汽油机在其基本结构设计中已为该动力装置改型成CNG机型提供了良好的基础，因此在开发1.5 L-TGI-EVO增压直喷式压缩天然气发动机时仅需添加或调整少数模块即可，同时仍需借助于TSI-EVO机型的技术基础尽可能好地发挥CNG燃料的潜力。重点是在具有出色的加速响应特性和拓展功率的同时，达到尽可能高的发动机效率或尽可能低的燃油耗。

4 CNG专用部件

模块化标准部件已足够用于CNG专用部件与1.5 L-TGI-EVO增压直喷式压缩天然气发动机的匹配（图4），仅其气缸盖需要实现进一步开发，不久后也可应用于TSI-EVO标准部件的汽油机变型，基本的修改是全新设计的流动优化的冷却水套，其有助于降低冷却系统的压力损失。此外，进气凸轮轴也作了进一步调整，采用了具有中心调节阀的快速液压凸轮轴相位调节器，其较高的调节速度有助于改善充气调节过程。

图4 CNG专用部件和模块

5 结构设计的适应性

甲烷燃料的高抗爆性容许选择效率优化的点火定时，因而峰值压力高达13 MPa，但是较早的燃烧重心位置导致了较高的壁面导热现象，再加上缺乏蒸发潜热，致使构件温度较高。由于发生了这一系列的变化，因此TGI-EVO机型必须胜任这些要求。

6 CNG匹配

在TGI-EVO发动机上，气门及其气门导管和气门座圈的材料需适应CNG较差的润滑性能。借助于氮化工艺，使气门和气门座圈与CNG运行时所需的较高的热硬度相匹配。此外，还要提高进气门导管的耐磨性。

气缸盖密封垫由3种材料组成。进排气凸轮廓线上落座斜面的最终0.2 mm范围被削平，以便使气门得以较缓慢地关闭，以此即可减小磨损。由于甲烷的着火性较差，点火线圈要提供比TSI机型更高的点火电压。

曲柄连杆机构中，连杆轴承要适应更高的压力水平。为了提高耐磨性，活塞第二道环槽为CNG运行采取附加的工艺步骤阳极化处理予以优化。同样，天然气共轨和进气管在早先项目的基础上为TGI-EVO机型进行了进一步的开发和优化。天然气压力调节器的基本结构和两级减压功能取自于3缸EA211-1.0 L-TGI机型，但是其在天然气流量和加温方面已得以进一步开发。

7燃烧过程和增压

大众TSI-Miller循环燃烧过程的基本原理也应用于1.5 L-TGI-EVO发动机上，其建立在以下4个要点之上（图5）：

（1）几何压缩比提高到12.5:1，以提高运行范围的效率；

（2）通过进气门早关（FES）及其随之发生的进气行程中的膨胀冷却降低压缩终了温度；

（3）为使用带有FES的火焰传播过程实现换气优化，以降低低速工况下扭矩范围内的爆震倾向；

（4）在大量生产中首次使用VTG增压，达到较高的增压度以补偿FES过程的充气损失以及由增压和燃烧过程所决定的最高总效率方面的损

图5 1.5 L-TGI-EVO发动机的配气定时

这种新的燃烧过程即使在1.5 L-TGI-EVO发动机上采用CNG运行时也显示出决定性的优势。进气门早关和有效的增压空气冷却使充量温度降低，随之降低了气缸充量的压缩终了温度，其与优化的燃烧室冷却以及发动机高达13 MPa的峰值压力共同导致了效率优化的燃烧重心位置，同时降低了废气温度。有利的膨胀比（由FES和12.5:1高压缩比所致）以及集成在气缸盖中的排气歧管也有利于降低废气温度。正如常规的CNG发动机，1.5 L-TGI-EVO发动机在整个特性特性曲线场中以λ=1过量空气系数运行，最高废气温度仅880 ℃。

VTG废气涡轮增压器能在较低的废气温度下使用，在TGI-Miller循环的燃烧过程中与采用相位可调节的进气凸轮轴进行充气调节一同起到了重要作用。在直至额定转速的宽广转速范围内其能获得有利的扫气压差和减小换气功，而在部分负荷时这种燃烧过程所产生的消除节流的效果具有显著降低CO2排放的潜力，在低转速高负荷（低速扭矩（LET）范围）时则同样具有优势，因为CNG燃料较低的爆震倾向允许采用非常高的废气背压，因此能建立起足够的涡轮功率，以便在MPI多点气门口喷射时尽可能补偿由外部混合气形成所产生的充气方面的缺陷。

因此，1.5 L-EA211-TGI-EVO增压直喷式压缩天然气发动机的低燃油耗归因于TGI-Miller循环燃烧过程的两种重要效果：减小了压缩损失并降低了换气功。图6示出了在宽广的特性曲线场范围，特别是部分负荷和LET工况范围内，其相对于1.4 L-TGI增压直喷式压缩天然气发动机改善效率的效果。

图6 1.5 L-TGI-EVO发动机（96 kW）与1.4 L-TGI发动机（81 kW）相比的相

此外，在全负荷和动态特性值方面更显示出TGI-Miller循环燃烧过程的优势（图7）。在1 400 r/min时扭矩就已达到了200 N·m，而在5 000 r/min时功率为96 kW。CNG发动机在采用气体燃料运行时达到了与TSI汽油机相应状态一样的数值，在机动性方面毫不逊色。

图7 1.5 L-TGI-EVO发动机与1.4 L-TGI发动机在1 500r/min时全负荷和

8 动力学挑战

为了获得出色的动力性能，仔细地对VTG特性、凸轮轴配气定时、废气背压限制和增压压力调节进行了标定，结果在1 500 r/min时获得了如图8所示的负荷突变调节效果。

图8 1 500 r/min负荷突变时的动力学调节（示意图）

8.1 阶段1：初试状态

进气凸轮轴处于效率最佳的进气门早关（FES）位置，涡轮增压器中的VTG导向叶片打开，此时发动机在非增压状态下运转，由于废气背压较小，打开的导向叶片产生了有利的效果。

8.2 阶段2：负荷突变

当踩下加速踏板时增压压力需求突然提升，VTG导向叶片完全关闭，从而达到了最大的废气背压，可供使用的压缩机驱动功率能快速地建立起增压压力。为了进一步提升扭矩，将进气凸轮轴调节到充气最佳位置。基于CNG燃料的抗爆性，就能不受爆震燃烧限制地采用这种策略。TGI-Miller循环燃烧过程的稳定性则允许随着最佳的燃烧重心位置而降低过高的废气背压。

在尚未达到目标增压压力之前就通过提前打开VTG导向叶片限制动态排气背压，而在调准增压压力过程中VTG将进一步快速打开，否则在扭矩建立过程中驾车人就会感觉存在异常，其原因是从强烈的负扫气压差突然过渡到明显的正扫气压差。这种调节策略不会对增压压力的建立产生不利的影响，因为涡轮中良好的较为流动大幅提升了涡轮效率。

8.3 阶段3：稳态阶段

一旦增压压力被调准到目标值，进气凸轮轴就被调节到效率和燃油耗最佳的位置，这样就能达到最高的涡轮效率，从而在宽广的发动机特性曲线场范围内获得了正的扫气压差，在稳态运行范围内废气背压处于比动态需求时明显更低的水平。

9最终的动力学特性

TGI-Miller循环燃烧过程能大幅降低过高的动态废气背压。尽管涡轮中存在诸多不稳定的流动状态，但是仍能达到如燃用汽油时较为出色的动态响应特性。开发中的一项重要课题是在从极大负扫气压差快速转换到正扫气压差期间可调准增压压力而不会对行驶性能产生不利的影响。

10废气系统

1.5 L-TGI-EVO发动机的废气系统已为使用CNG运行而进行了优化，其中一个重大挑战是排放优化的催化转化器加热，正如大众公司已首次应用于3缸1.0 L-TGI增压直喷式压缩天然气发动机那样。但是，因为在4缸Miller循环燃烧过程发动机上废气温度较低，必须进一步开发这种燃烧过程，特别是低负荷范围存在很大的差异，对于催化转化器的运行准备而言带来了附加的挑战。

11λ分开调节法

由于甲烷的反应特性,其在催化转换器中需要较高的温度以进行转化净化。为了在暖机运转阶段能尽可能快地超过对转化率具有决定性意义的温度阈值500 ℃，设计了λ分开调节法，即每两个气缸采用低于化学计量比混合气（直至λ=0.85）和高于化学计量比混合气（直至λ=1.15）点火运行，从而可通过调晚点火角显著缩短通常的催化转化器加热阶段，这能在燃油耗和废气排放方面获得明显的好处。这种功能在TGI-EVO发动机上在更宽广的范围内比其它CNG机型更有效。这种基本功能从3缸1.0 L-TGI发动机即已开始使用，并传承至1.5 L-TGI发动机上。

12车辆结构布置

Golf-TGI-Bluemotion（Bluemotion=蓝驱技术版，译注：“蓝驱”意即降低废气排放的蓝天效果驱动装置）轿车首次搭载1.5 L-TGI-EVO增压直喷式压缩天然气发动机，并装备了3个圆筒形压缩天然气罐（图9）。这样布置的汽车结构已规定采用横置发动机模块化平台（MQB），因此汽车布局没有变化，在总体上仅有最小的影响。压缩天然气罐总共有114.5 L容积，在20 MPa压力下相当于18.5 kg CNG。焊接可靠性、电动截止阀、管子抗断裂可靠性和机械式截止阀保障了每个CNG罐处于安全可靠状态。行李舱容积尽可能保持不变。后桥前面的汽油箱容积为12 L，而Golf-TGI-Bluemotion轿车被设计成准单燃料车型（译注：指可分别采用压缩天然气和汽油行驶的车型）。

图9 Golf-TGI轿车的传动系统

13行驶功率、燃油耗和行驶里程

Golf-TGI-Bluemotion轿车无论使用压缩天然气还是汽油都能提供高达96 kW的功率，在1 400-4 500 r/min转速之间的最大扭矩为200 N·m，从0～100 km/h的加速时间为9.6 s，最高车速可达到206 km/h。此外，车辆初始状态的功率和扭矩既可标定得更高也可相对较低。

使用CNG的新欧洲行驶循环（NEDC）行驶里程可达到500 km，转换到汽油状态可再增加190 km。使用CNG行驶时，在装备7档双离合器变速器情况下NEDC行驶循环的平均燃料消耗量降低到3.5 kg/100 km，这相当于CO2排放低于100 g/km。

14总结

EA211-TGI-EVO发动机设计任务书中规定的目标已在开发中得以全部实现。在功率、扭矩和扭矩的设计方面，新型CNG发动机达到了96 kW功率汽油机型的相应水平。良好的行驶性能、较低的燃料消耗量以及采用两种燃料行驶时，较长的行驶里程使其保持了与汽油机型一致的性能型谱，使得该动力装置充满技术吸引力，几乎不受限制的整车设计也对此起到了正面推进作用。

大众集团长期推广的燃料策略的目的在于大幅降低CO2排放并有效利用可再生燃料，其中E-Fuels燃料的应用则具有显著意义。EA211-TGI-EVO发动机是实施该类策略的重要部分。

【美】W.Demmelbauer-Ebner 等

【译】 范明强

【编辑】 伍赛特

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全新第八代大众高尔夫1.5 TGI：可以使用压缩天然气的特别版

新一代大众高尔夫现已上市，并且可以使用天然气燃料的版本，从而可以节省每次加油的费用。

最近，与以前相比，拥有“双燃料”发动机型号的公司开始更频繁地进口。其中大众汽车开发了可以使用压缩天然气 (CNG) 的 1.5 TGI。

新高尔夫受益于将其置于引擎盖下，以便每次发生这种情况时都可以降低加油成本并保护环境，因为与 1.5 TSI 相比，二氧化碳排放量更低。

低二氧化碳排放的一个积极后果是，高尔夫八1.5 TGI的所有者释放从义务支付道路税的基础上，在我国相关法律规定的限制。

双燃料发动机

这是相对较新的容量为 1.5 升的四缸发动机，它由 VAG 集团制造，并被安装在组成它的公司的许多型号中。在这种情况下，进行了必要的调整，使其可以使用压缩天然气运行，同时使用无铅汽油作为辅助。

根据大众汽车的说法，由于其增压器，该发动机具有相对较高的压缩比（达到 12.5:1），并在“米勒”热力循环（而不是“奥托”）中运行。它具有可变几何形状的翅片，可在整个 rpm 范围内更好地填充空气，并且对催化转化器进行了适当的改进，以更有效地保留排放的污染物。

Golf VIII 1.5 TGI 有三个油箱——两个在行李箱底板上，一个在后座轴承下，总容量为17.3 公斤（或 115 升）——以及一个9 升的小型无铅汽油油箱。本质上，后者具有后备作用，以确保车辆继续行驶到最近的压缩气体供应站。

根据大众公布的消息，其中小型车型的特定版本的最大理论自主性可达400公里左右，使用CNG燃料，而剩余约120公里的无铅汽油作为车辆强制加注的燃料。

印象

这个版本的第八代高尔夫在质量和安全设备水平或作为模型的空间和特性方面与其他版本没有区别。

因此，作为驾驶员，您专注于使用双燃料汽车的体验，其中压缩天然气拥有第一发言权。在这种情况下，该车还配备了七速双离合自动变速箱。最初的印象是，为了提供令人满意的扭矩，发动机必须以 2,000 rpm 及以上的速度运行。

随着时间的推移，您会意识到如果您想保持令人满意的运动速度，就必须不断地这样做。在方向盘上，有一些杠杆可以帮助您选择换挡，但您仍然需要经常“降低”速度。

由于必要的添加，该车的重量比仅使用无铅汽油的版本重了近 100 公斤，相比之下，您可以在路上理解。然而，Golf VIII 的操控性没有改变，并且在道路上保持安全、相对舒适，并且在同级别数据中具有良好的乘坐质量。

在消耗方面，我们测得压缩天然气驱动的平均消耗量为5.2公斤/100公里。在市内，这个价格上涨，但在旅途中（主要涉及DSG变速箱的“长期”关系），有可能接近大众公布的平均标准油耗（4.1公斤/100公里）。以无铅汽油的平均消耗量来看，其平均值为7.8升/100公里，在附近没有加油站的情况下，需要经常用这种燃料加油。

Golf VIII 1.5 TGI 是典型的大众汽车，没有任何变化。发动机与 CNG 一起移动的能力使我们每次用它装满它的油箱时都方便我们的口袋，但与仅使用无铅汽油发动机的版本相比，车辆的购买价格增加了。如果您主要居住和搬到一个有压缩加油站的地方，那么花额外的钱来获得它是值得的。

请记住，您不会从中寻找任何性能（原文如此），而且您应该期待更多的时间在加油站加油，因为希腊仍然很少，但可以使用 CNG 移动的车辆数量正在增加。如果附近没有这样的服务站，只需选择新高尔夫的其他版本之一。

规格

型号大众高尔夫 1.5 TGI 130 PS DSG7

功率kW (PS) / rpm 96 ( 130) /5.000扭矩Nm / rpm 200 / 1.400

变速箱自动，7 速，前轮驱动

性能9.7 秒内 0-100，最终 211 公里/小时

消耗量4.1L / 100km, 110 g / km