毕业设计CNG双燃料汽车分析总结.doc

江苏城市职业学院南通办学点毕 业 论 文研究课题 CNG双燃料汽车分析总结 系 科 机械工程系 专 业 汽车检测与维修 班 级 ccccccccv 学 号 xxxxxxxxxxxx 姓 名 xxxxxx 完成日期 2011-11-30 指导老师 xxx 摘要CNG双燃料汽车是指以压缩天然气与常规汽油或柴油并用作为汽车燃料的汽车。为保护环境减少污染，许多国家政府颁布了一系列法规及出台一些鼓励性政策，促进燃气汽车发展，如制定更严格的汽车尾气排放标准，在天然气供应、汽车购置税费，设备供给、加气站建设等方面给予资金、税收优惠政策。因为当前，属于过渡阶段，由汽油或柴油汽车改装为CNG双燃料汽车占主导地位。毫无疑问的是CNG双燃料的汽车出现给当今世界所倡导的节约能源、改善环境的口号有着非同凡响的意义。关键词：CNG双燃料汽车，减少污染，改善环境，意义目 录摘要 (1)目录 (2)一、 新能源汽车概况 (3)二、CNG双燃料汽车现状与发展 (6)1.CNG双燃料汽车国内外发展概况(6)2.CNG双燃料汽车发展前景 (7)三、CNG双燃料汽车结构简介 (8)四、CNG/柴油双燃料汽车改装技术 (10)五、CNG双燃料汽车调试过程 (12)六、CNG双燃料汽车的优缺点 (14)七、CNG双燃料汽车和加气站发展对策探讨 (16)参考文献 (17)一、新能源汽车概况新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料，但采用新型车载动力装置)，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括有：混合动力汽车(HEV)、纯电动汽车(BEV)、燃料电池汽车(FCEV)、氢发动机汽车以及燃气汽车、醇醚汽车等等。 1.混合动力汽车 混合动力是指那些采用传统燃料的，同时配以电动机/发动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。  混合动力汽车的优点是：(1)采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。(2)因为有了电池， 可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。(3)在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现"零"排放。(4)有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。(5)可以利用现有的加油站加油，不必再投资。(6)可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。混合动力汽车的缺点是长距离高速行驶基本不能省油。2.纯电动汽车电动汽车顾名思义就是主要采用电力驱动的汽车，大部分车辆直接采用电机驱动，有一部分车辆把电动机装在发动机舱内，也有一部分直接以车轮作为四台电动机的转子，其难点在于电力储存技术。纯电动汽车优点:技术相对简单成熟，只要有电力供应的地方都能够充电。纯电动汽车缺点:目前蓄电池单位重量储存的能量太少，还因电动车的电池较贵，又没形成经济规模，故购买价格较贵，至于使用成本，有些试用结果比汽车贵，有些结果仅为汽车的13，这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。3.燃料电池汽车燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。单个的燃料电池必须结合成燃料电池组，以便获得必需的动力，满足车辆使用的要求。与传统汽车相比，燃料电池汽车具有以下优点：(1)零排放或近似零排放。(2)减少了机油泄露带来的水污染。(3)降低了温室气体的排放。(4)提高了燃油经济性。(5)提高了发动机燃烧效率。(6)运行平稳、无噪声。4.氢动力汽车                   氢动力汽车是一种真正实现零排放的交通工具，排放出的是纯净水，其具有无污染，零排放，储量丰富等优势，因此，氢动力汽车是传统汽车最理想的替代方案。    氢动力汽车优点：排放物是纯水，行驶时不产生任何污染物。氢动力汽车缺点：(1)氢燃料电池成本过高(2)而且氢燃料的存储和运输按照目前的技术条件来说非常困难，因为氢分子非常小，极易透过储藏装置的外壳逃逸。(3)氢气的提取需要通过电解水或者利用天然气，如此一来同样需要消耗大量能源，除非使用核电来提取，否则无法从根本上降低二氧化碳排放。5.燃气汽车燃气汽车是指用压缩天然气(CNG)、液化石油气(LPG)和液化天然气(LNG)作为燃料的汽车。近年来，世界上各国政府都积极寻求解决这一难题，开始纷纷调整汽车燃料结构。燃气汽车由于其排放性能好，可调正汽车燃料结构，运行成本低、技术成熟、安全可靠，所以被世界各国公认为当前最理想的替代燃料汽车。 目前，燃气仍然是世界汽车代用燃料的主流，在我国代用燃料汽车中占到90左右。2010年，美国公共汽车领域有7的汽车使用天然气，50的出租车和班车改为专用天然气的汽车；到2010年，德国天然气汽车数量将达到10万至40万辆，加气站将由目前的180座增加到至少300座。业内专家指出，替代燃料的作用是减轻并最终消除由于石油供应紧张带来的各种压力以及对经济发展产生的负面影响。近期，中国仍将主要用压缩天然气、液化气、乙醇汽油作汽车的替代燃料。汽车代用燃料能否扩大应用，取决于中国替代燃料的资源、分布、可利用情况，替代燃料生产与应用技术的成熟程度以及减少对环境污染等；替代燃料的生产规模、投资、生产成本、价格决定着其与石油燃料的竞争力；汽车生产结构与设计改进必须与燃料相适应。以燃气替代燃油将是中国乃至世界汽车发展的必然趋势。考虑到我国能源安全主要是石油的状况，发展包括燃气汽车在内的各种代用燃料汽车，已是刻不容缓的事，根据国情应该做到：(1)是要限制燃气价格，使油、气价格之间保持合理的差价，如四川省、重庆市的油、气差价，即可保证燃气汽车适度发展；(2)是鉴于加气站投资大，回收期长，政府适当给予一定补贴，在加气站售出的气价和汽车用户因用气节省的燃料费用之间，调节好利益分配；(3)是对加气站的所得税，应参照高新技术产业开发区政策，采取免二减三的税收政策；(4)是将加气站用电按照特殊工业用电对待，电价从优；(5)对加气站用地，能按重大项目和环保产业对待，特事特办，不要互相推诿、扯皮，积极采用国外先进建站标准，科学确定消防安全距离，节省土地资源。6.生物乙醇汽车乙醇俗称酒精，使用乙醇为燃料的汽车，也可叫酒精汽车。用乙醇代替石油燃料的活动历史已经很长，无论是从生产上和应用上的技术都已经很成熟，近来由于石油资源紧张，汽车能源多元化趋向加剧，乙醇汽车又提到议事日程。在汽车上使用乙醇，可以提高燃料的辛烷值，增加氧含量，使汽车缸内燃烧更完全，可以降低尾气的害物的排放。二、CNG双燃料汽车的现状与发展1.CNG双燃料汽车国内外发展概况1.1国外天CNG汽车发展概况为保护环境减少污染，许多国家政府颁布了一系列法规及出台一些鼓励性政策，促进燃气汽车发展，如制定更严格的汽车尾气排放标准，在天然气供应、汽车购置税费，设备供给、加气站建设等方面给予资金、税收优惠政策。因为当前，属于过渡阶段，由汽油或柴油汽车改装为CNG双燃料汽车占主导地位。    美国联邦政府1992年颁布的能源政策法，对于购买或改装代用燃料汽车及加气站的建设减免税作出详细规定，同时还颁布了使用天然气的减税政策，并免征天然气公司的汽车燃料销售税。有40多个州根据联邦政府的政策、法律，制定了本州有关强制和鼓励使用CNG等清洁燃料汽车的政策和措施，推动了CNG汽车发展和加气站建设。目前，全世界拥有燃气汽车的国家，主要分布在天然气资源丰富的意大利、新西兰、阿根廷、巴西等国家和环保法规严格的美国、日本等国。1.2我国CNG汽车发展概况2011年10月18日，以“天然气汽车驱动更清洁的未来”为主题的第四届亚太天然气汽车协会国际会议与展览（以下简称ANGVA2011），在北京国家会议中心举行。ANGVA2011展览吸引了来自30多个国家的180多家展商参展，总展览面积超过1.7万平方米。在国家会议中心有限的场地上，一些国内主要的商用车及发动机厂商和国内外相关厂商纷纷携展车亮相，如陕汽集团、中国重汽、郑州宇通、厦门金龙、厦门金旅、安凯、重庆长安、东风扬子江、东风南充、潍柴、玉柴、上柴，以及康明斯、西港等主要天然气整车及零部件相关厂商。中国汽车技术研究中心也展示了相关新能源产品。官方数据显示，截至2010年，世界上共有78个国家和地区推广使用天然气汽车，全球天然气汽车总量已达1326万辆，加气站总数达16513座。其中，全球一半以上的天然气汽车集中在亚太地区，巴基斯坦、阿根廷、伊朗、巴西、印度、中国等国家的天然气汽车保有量均在100万辆以上。预计到2020年，世界天然气汽车的总数将增加到6500万辆。2.CNG双燃料汽车发展前景CNG双燃料汽车和加气站具有广阔的发展前景，主要表现在以下几方面：  (l)汽车保有量的飞速增长、石油资源和环保的严峻形势，决定了发展天然气汽车成为解决能源问题和环境问题的重要途径。(2)“十二五”规划提出，新车逐步实施严格的机动车排放标准。轻型车于2011年7月1日起执行国四类标准；重型柴油车分别于2011年1月1日和2013年1月1日执行国四类和国五类标准；重型汽油车分别于2010年7月1日和2013年7月1日执行国三类和国四类标准。加强对公交车、出租车等高频使用车型的监管，强制改造为燃气或双燃料汽车；推进清洁动力汽车，以管道天然气工程为依托，全市配套建立40座CNG加气站，确保2015年80%的出租车和公交车等高频使用车型燃用洁净的天然气燃料。  (3)我国天然气资源大规模开发及管道建设步伐加快使发展CNG和加气站成为可能。根据我国天然气利用规划，近十年“西气东输”、“陕京二线”等一大批输气管道及沿线城市燃气管道相继建成，我国大规模利用天然气的基础设施逐步完善，天然气加气站也将逐步形成网络。(4)发展CNG汽车具有稳定的气源保证，以天津为例，目前天津市已建立了完善的天然气输配系统，由陕北、大港、华北等油田向天津供气三、CNG双燃料汽车的结构简介 CNG双燃料汽车采用定型汽油车改装，在保留原车供油系统的情况下，增加一套“CNG型车用压缩天然气装置”。改装部分由以下三个系统组成（如图1所示）。（1）天然气系统。主要由充气阀、高压截止阀、天然气钢瓶、高压管线、高压接头、压力表、压力传感器及气量显示器等组成。 （2）天然气供给系统。主要由天然气高压电磁阀、三级组合式减压阀、混合器等组成。 （3）油气燃料转换系统。主要由三位油气转换开关、点火时间转换器、汽油电磁阀等组成。（图1所示，三个系统组成的主要部件及位置）天然气钢瓶的瓶口处安装有易熔塞和爆破片两种保安装置，当气瓶温度超过100。C或压力超过26MPa时，保安装置会自动破裂卸压；减压阀上设有安全阀；气瓶及高压管线安装时，均有防震胶垫，卡固牢固。因此，该系统在使用中是安全可靠。CNG汽车以天然气作燃料时，天然气经三级减压后，通过混合器与空气混合进入气缸，压缩天然气由额定进气压力20MPa减为负压，其真空度为4969kPa。减压阀与混合器配合可满足发动机不同工况下混合气的浓度要求。减压阀总成设有怠速电磁阀，用以供给发动机怠速用气；压缩天然气减压过程中要膨胀做功对外吸热，因此在减压阀上还设有利用发动机循环水的加温装置；为提高该车的操作性能，驾驶室设置有油气燃料转换开关，用来统一控制油气电磁阀及点火时间转换器；点火时间转换器由电路系统自动转换两种燃料的不同点火提前角；仪表板上气量显示器的5只红绿灯显示气瓶的储气量；燃料转换开关上还设有供发动机起动的供气按钮。四、CNG/柴油双燃料汽车改装技术 CNG汽油发动机与CNG柴油发动机，区别不大，较着重于介绍CNG柴油燃料汽车的改装。1.改装原则考虑到改装的对象是在用柴油车，改装时必须做到：(1)尽可能低的改装成本(2)合适的技术指标(3)良好的操纵性能(4)能满足公交车辆频繁起步、加速或者其他车型所需的工况(5)能在双燃料和纯柴油两种运行式之间方便地进行切换2.CNG供给系统为满足上述改装原则，所采取的技术方案是：对原车结构不作任何改动，只在原车上增加一套CNG供给系统。CNG从进气管以预混合的方式进入气缸，并以简单的机械方式控制发动机各工况的CNG供给量。CNG供给系统(如图2所示)。CNG由储气瓶经手动截止阀流至减压器，在减压器中CNG的压力从-0.1kpa +0.05kpa，发动机的冷却水由一支路经过减压器，提供CNG膨胀时所需的热量以免减压器产生结霜现象。在柴油机进气管负压作用下，膨胀后的天然气经负荷调节器进入进气管上的文杜里混合器，并在此与空气混合后被吸入气缸，由喷入缸内的柴油引燃。（图2）1储气瓶 2手动截止阀 3减压器 4负荷调节器 5混合器 6柴油机 7油泵 8差动拉杆CNG供给量随柴油机负荷变化的调节由一个与柴油机油门相随动的负荷调节器来实现，负荷调节器由CNG调节阀、型板等组成。它与柴油机油门之间依靠差动拉杆连接。当柴油机负荷增大时，油门增大，同时带动CNG调节阀增大CNG流量，当柴油机负荷增大到某一数值时，柴油机油门被锁死，柴油量维持不变，但差动拉杆继续带动CNG调节阀从而进一步增大CNG供给量。这种CNG与柴油的差动供给的方法，在一定程度上改善了双燃料汽车的低负荷燃料经济性。CNG供给量随柴油机转速变化的调节由文杜里混合器控制。文杜里喉口的真空度随发动机转速的增加而增大，此时CNG的吸入量也相应增加，从而保证了CNG每循环供给量基本不变。3.天然气汽车改装检测装置（分为3部分）名称数量单位包含附件型号管路压力检测台1台支架，思明特SUP_B增压泵，压力表，开关 QMXJCA、QMXJCB氮气置换装置1台支架，真空泵，压力表DQZH支架强度试验装置1台手动试压泵，支架，千分仪QPJY其中“压力检测台”是用来检测改装汽车管路的耐压强度的装置。“氮气置换装置”是用来将空气抽出，往里边冲入氮气。“支架强度试验装置”是用来检测气瓶支架强度的装置。五、CNG双燃料汽车调试过程1.充气1.将车开到充气站，使发动机熄火，关闭所有电气设备，断开电源总开关。2.打开CNG气瓶同和高压截止阀，缓慢地充气约5MPa(注意人不要站在阀和接头处的正面)，然后关闭气瓶阀。2.管路泄漏检查(1)松开减压器接头，打开气瓶阀，对高压管路进行吹管，清除异物后，上好接头，打开瓶阀开关。(2)通过模、听及使用检漏液对所有高压接头进行检查，有泄漏及时排除。(3)在无泄漏情况下，继续充气至工作压力20MPa，将车开离充气站。(4)用检漏液进一步检查所有高、低压接头、管线和减压器总成，混合器是否有泄漏，有泄漏及时排除。3.燃料转换调试先用汽油启动发动机（如果是柴油发动机则相应更改，以下情况不再阐述），然后把燃料转换开关扳到中间位置，切断两种燃料供应，使发动机保持在2000rmin左右，直到化油器内剩余汽油将用完时，发机开始抖动，立即将燃料开关扳到天然气位置。如果改装无问题，就转换成天然气正常运转。4.点火正时调试(1)用天然气运行发动机，调整分电盘位置，使点火正时达到最佳后，固定分电盘。(2)用汽油运行发动机，调整点火正时转换器上的调节旋扭，使汽油的点火正时达到最佳(顺时针调节点火正时提前，反时针调节点火正时延后)。5.怠速和启动调试(1)用汽油运行发动机，按原汽油调整方法调整汽油的怠速。(2)用天然气运行发动机，调整减压器上的怠速调节螺钉，直到获得稳定的最低空转怠速。其方法是：先将减压器怠速调节螺针旋死，再松回1.5圈即可。如不理想，可配合化油器调节螺钉进行微调。(3)熄火后用天然气直接启动，看天然气启动是否容易、迅速，如启动性不良，应重新调整。6.天然气加速性能调试：利用汽车发动机故障综合测试仪，以天然气运行发动机，在原地将发动机怠速运转，然后反复快速猛轰油门，看发动机转速变化是否迅速、圆滑，测试仪所指示加速时间在最高转速时是否在规定的时间内。如果转速达不到，加速时间长，应调整减压器上的调节旋扭，直到满意为止。7.天然气与空气的空燃比调整(1)利用汽车发动机故障综合测试仪（如图4所示），使发动机在最高转速下，调整动力阀调整螺钉，在供气量最少的情况，发动机转速稳定不发生变化，即为最佳空燃比。然后用发动机废气分析仪测试发动机尾气，调整动力阀调整螺钉，使CO值为1.01.5，固定动力阀调整螺钉。然后再将怠速启动和加速复查一遍，反复调整直到最佳状态。(2)车辆运行中，也可根据经验，直接调整动力阀，校正发动机空燃比。(3)通过以上调试，天然气功率不低于原车的85，天然气的CO含量不超过1.5，即改装性能合格。如不合格，应改变混合器参数，重复调整和性能测试，直到性能合格为止。六、CNG双燃料汽车的优缺点1.以CNG作汽车燃料与汽油相比具有以下优点： (l)降低污染，改善大气环境：天然气是一种清洁能源，具有热值高、效率高、污染小等特点，燃烧比较完全，不易积碳，CO、NOx和微粒的排放量均低于汽油，排气污染明显降低。机动车尾气是城市大气污染主要来源之一，其中主要有害成分是一氧化碳(C0)、碳氢化合物(HC)、一氧化氮(N0)和二氧化氮 (NO2)等。据有关资料显示，使用天然气作为汽车燃料与汽油作燃料相比可以减少排放90CO、90S02、72HC、39NOx、 24CO2、无粉尘排放，对改善城市环境有显著作用。(2)CNG汽车有较高的安全性。与汽油相比，压缩天然气是相对安全的燃料。因为：天然气爆炸下限为5，比汽油(爆炸下限为l)高，甲烷燃点为645 ，比汽油燃点高218，相比不易点燃。天然气自燃温度为732，汽油自燃温度为232482 。同时天然气相对空气的比重仅为0.60.7。一旦泄漏，可在空气中迅速扩散，不易在户外聚集达到爆炸极限。同时CNG是非致癌、无毒、无腐蚀性的。未发生过重大燃烧和爆炸事故。从国内使用十多年CNG的经验来看，天然气汽车比燃油汽车更安全甲烷密度低，相对密度为055左右，泄漏的气体很快会在空气中散发，在自然环境中难以形成遇火爆燃的条件，一旦压缩天然气从储罐或管路中泄漏，泄漏点周围会立即形成低温区，使天然气燃烧困难。因此CNG是一种相当安全的汽车燃料。 天然气汽车的钢瓶系高压容器 (20MPa)，其材质及制造、检验试验在各国均有严格的规程控制，在我国有汽车用压缩天然气钢瓶标准)(GBl72581998)。钢瓶安装有防爆设施，减压器、阀门等设备，严密度标准高，供气系统安全可靠，不会因汽车碰撞或翻覆造成失火或爆炸，而汽油汽车的油箱系非压力容器，着火后容易爆炸。(3)有利于缓解能源紧张的供需矛盾。我国经济正处于高速发展阶段，汽车数量以100万辆年以上的速度递增，对汽油资源需求大量增加，我国每年需要进口大量原油、成品油和LPG。使用燃气汽车可优化汽车燃料供应结构，改变了汽车燃料只有汽油、柴油的格局，既缓解了汽油供应紧张的问题又满足交通事业发展的需要。(4)可延长发动机寿命。天然气容易扩散，以气态进入发动机，在发动机中容易和空气均匀混合，燃烧比较完全、干净；可以提高热循环效率，加快燃烧速度，充分利用燃烧热能；同时CNG辛烷值高，抗暴性能好，使用时不需要添加抗暴剂，不会稀释润滑油，因而使发动机气缸内的零件磨损大大减少，使发动机的寿命和润滑油的使用期限大幅度增长，可延长汽车大修理时间20%以上，润滑油更换周期延长到1.5万km。所有这些都会降低汽车的保养和运行费用，从而提高汽车使用的经济性。 (5)有较高的经济效益。目前，国内燃油价格持续上升，价格体系已和世界接轨，使用CNG汽车将能节省近40燃料费用。等速百公里油耗对比由表可得出结论:与原车相比6改装后的双燃料客车具有良好的使用性能7自由加速烟度下降80%；百公里燃料成本下降超过25%；动力性保持不变。改装后的双燃料客车可以在双燃料和纯柴油两种运行模式之间方便地进行切换，具有良好的操纵性能和良好的过渡工况性能。改装技术方案结构简单、工作可靠、成本低、是目前在用柴油车进行双燃料改装快捷而有效的方法。二、以CNG作汽车燃料与汽油相比具有以下缺点：改装双燃料汽车，因要兼顾燃油、燃气两种条件，对原发动机压缩比和燃烧结构等均不做变动，天然气燃烧速度比汽油略低,爆发压力比汽油小,点火提前角相对汽油增加8-15度。功率、扭矩相对燃用汽油分别下降约12%、8%。所以汽车输出功率约有细微的下降。七、CNG双燃料汽车和加气站发展对策探讨为加快以天然气为主要燃料的清洁汽车的发展，提出以下建议：  1政府出台鼓励和扶持政策。世界各国发展经验表明，政府的支持是加快发展的必要条件，其经济政策是影响其发展的重要因素，应在法律方面予以保障，在燃气汽车生产、改装、零部件生产，加气站建设，燃气汽车购买和使用、维修等环节制定价格、税收、投资、补贴等方面配套的优惠政策。燃气价格是影响燃气汽车发展的重要因素，只有燃气价格与汽油价格形成足够大差价时，燃气汽车的发展才具有经济基础和推动力。2加强领导，实行统一管理。发展CNG汽车必须建设优质、便利的加气站，需要规划、公安、消防、劳动、技监等部门的支持。3在市政规划中，加气站与加油站应统筹考虑，合理布局，协调发展。尽量利用现有土地资源，在确保环境安全的前提下建设油气合一站。4遵循CNG汽车与加气站同步发展的原则，只有在加气站成网的条件下，CNG汽车才能真正发展。同时也只有CNG汽车规模到了一定数量，加气站才能正常运转，实现盈利。5严格法律制度：制定严格的汽车尾气排放法规，切实做到不达标车辆坚决不予以上路，对CNG汽车改装厂的资格进行严格审查，认证。首先应将城市城市公交车、出租汽车作为CNG汽车发展的重点，杜绝部分公交车冒黑烟污染环境的现象。  6加大宣传力度。目前，天然气汽车尚处于起步阶段，社会公众对它的环保性，安全性，经济性，可靠性还不充分了解，所以，要进行广泛的社会宣传，努力提高人们对汽车尾气危害性的认识，使人们了解CNG是清洁、安全、经济的车用燃料，使发展天然气汽车得到社会各方面的认可和支持。压缩天然气汽车由于其显著的经济效益和社会效益将成为天然气市场开发应用的一个新领域。在环境保护越来越受到重视的形势下，随着天然气资源的开发和应用领域的拓宽，此举将是减轻环境污染压力、缓解石油紧缺，实现可持续发展的可靠保证。参考文献1.压缩天燃气汽车产品设计 邵毅明 人民交通出版社2.压缩天然气汽车改装与维修 邵毅明 人民交通出版社3.天然气汽车加气站设备与运行 郁永章 中国石化出版社4.天然气汽车译文选 吉宗 石油工业出版社