国内使用天然气汽车的势在必行毕业论文.doc
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1、青岛理工大学毕 业 论 文题目:国内使用天然气汽车的势在必行院 别: 汽车与交通学院 专业班级: 09运升2班 学生姓名: 曹 强 学 号: 200920297 指导教师: 吴 峰 2011年6月18日摘要:随着经济的迅猛发展,我国汽车保有量突飞猛涨,同时也带来了环境污染和能源短缺等问题。世界各国广泛开展汽车替代燃料的研发工作,出现了电动汽车、天然气汽车、醇类燃料汽车、氢燃料汽车、太阳能汽车和混合动力汽车等,其中天然气汽车以其低排放、抑制温室效应和摆脱对石油的依赖这三大特性,正在世界范围内得到普及和推广,成为21世纪汽车工业发展的一个重要方向,在我国倡导可持续发展战略的今天节约型社会,绿色社会
2、成为当今的主题所以我国汽车行业大力发展天然气汽车以节约能源降低环境污染势在必行。关键词:天然气汽车,工作原理,组成部分,使用及维修,加气站ABSTRACT :With the rapid economic development, Chinas soaring car ownership sudden flight, but also brought environmental pollution and energy shortages. Carry out world wide research and development of alternative fuel vehicles, t
3、here has been electric vehicles, natural gas vehicles, alcohol-fuel vehicles, hydrogen fuel vehicles, solar cars and hybrid vehicles, etc. Where natural gas vehicle with its low emissions, the greenhouse effect and get rid of inhibition depends on the three characteristics of oil, is popular within
4、the world and promotion of the 21st century, an important direction of development of automobile industry. Promote sustainable development in our country today saving society and green society become the subject of so great efforts to develop Chinas automotive industry to conserve energy and natural
5、 gas vehicles reduce environmental pollution is imperative.KEY WORDS: natural gas vehicle, working principle, components, application and maintenance, cng filling stations目录前言5第一章国内外天然气汽车的发展现状61.1 国外天然气汽车的发展61.2 国内天然气汽车的发展61.3 展望我国天然气汽车的未来7第二章天然气性能及经济性82.1天然气的理化性质82.2天然气的可用性分析82.3天然气汽车的劣势10第三章天然气汽车的
6、构成形势113.1油气混合动力汽车113.2单燃料天然气汽车11第四章天然气汽车的系统原理114.1天然气汽车的结构简介114.2天然气汽车的工作原理134.3CNG汽车燃气系统组成134.4CNG汽车的主要技术性能134.5天然气汽车的改装14第五章天然气汽车的使用及维修165.1天然气汽车的调试165.2天然气汽车的驾驶操作175.3天然气汽车的起动185.4天然气汽车的起步195.5天然气汽车的维护保养195.6天然气汽车维修注意事项21第六章天然气加气站的建设与管理226.1当前CNG汽车加气系统存在的问题226.2发展CNG汽车加气系统的思路22第七章结论25致 谢26参考文献27前
7、言随着社会的进步和文明程度的提高, 汽车已经成为社会生活中必不可少的交通工具, 但随着汽车保有量的增加, 汽车尾气污染问题越来越引起人们的重视; 同时石油危机和能源危机成为国际社会所共同面临的问题, 人们不断寻找交通运输的替代燃料。天然气汽车正是在这样的大背景下,成为各国汽车产业发展的新宠,从20 世纪30年代开始, 意大利和俄罗斯有计划地推广天然气汽车, 直到1973 石油危机的爆发和1980 年代欧美国家对于城市空气质量的逐渐重视, 天然气汽车才开始在全球范围内广泛使用。天然气汽车相比燃油汽车具有资源丰富、燃烧清洁、技术成熟、安全可靠、经济实用等优点。现在有相当一部分的出租车都是以天然气燃
8、料为主, 也有一小部分私家车使用的双燃料动力, 但由于加满气只能行驶140 km左右, 且加气站严重不足, 导致出租车一天营运常常要耗费12 h以上的时间排队加气, 且有将近10 km 的空跑距离, 导致加气站附近为加气而排队、占道的严重问题。 天然气作为汽车动力, 在价格、环保问题上与汽油相比占有很大优势;但天然气汽车充满气运行距离短,加气频率高, 所以在填充燃料时, 由于当前加气站的安全需要天然气加气站数量增长远远赶不上天然气汽车增长的需要,导致了在全国各地严重的加气排队现象的发生, 从一定意义上阻碍了清洁能源汽车的推广和发展。通过国内外天然气汽车的发展现状比较,体现出我国现在天然气汽车与
9、国外的差距。在今天能源决定国家发展的情况下,天然气已成为汽车燃油主要的替代品。天然气在我国蕴藏丰富,天然气汽车是目前世界上公认的高节能、低污染、经济、安全的新型代用燃料汽车。在国家日益重视环境保护,车辆安全性能和经济性能的背景下我国很多地区已经开始倡导使用天然气汽车。通过介绍我国天然气的储量以及天然气理化性质阐明天然气在汽车上使用的优缺点,例如:优点有天然气汽车颗粒物排放几乎为零,NOx、CO和HC的排放也显著降低,天然气的价格要比汽油便宜,天然气一旦泄漏,立即会向上扩散,不易积聚形成爆炸性气体,安全性较高,储量大等;缺点有发动机的功率下降,腐蚀及早期磨损等。天然气汽车与燃油汽车的不同之处,了
10、解天然气汽车的基本组成部分及工作原理。第一章 国内外天然气汽车的发展现状1.1 国外天然气汽车的发展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。 近年来,国外天然气汽车技术发展较快,不仅在动力性、燃油经济性、排放性方面有显著提高,而且在排放性能方面已列入“绿色汽车”行列1 。据世界燃气汽车协会的统计,截止到2010年1月,全世界天然气汽车总量超过1000万辆,近几年天然气汽车的年均增长率超过30%;天然气加气站则超过了13000座。阿根廷、巴
11、基斯坦、巴西、印度、伊朗和意大利的天然气汽车保有量居世界前六位。值得注意的是,近几年亚太地区的天然气汽车发展迅速,2007-2009年年均增长50%,其中巴基斯坦天然气汽车是中国的五倍(见表1-1)。2010年天然气汽车及加气站数量统计 表1-1天然气汽车拥有量排名 国家 天然气汽车拥 有量辆加气站数量座 1巴基斯坦23000003068 2阿根廷 18071861851 3伊朗16656021021 4巴西16321011704 5印度935000560 6意大利628624730 7中国4500008701.2 国内天然气汽车的发展自20世纪80年代中期,我国引进了部分CNG加气站设备,在
12、四川建立了我国第一个CNG加气站;1993年中国石油天然气总公司系统引进国外有关技术并于1996年将加气站装置和汽车改装部件引进技术国产化、技术标准规范化。1999年全国清洁汽车行动协调领导小组成立,启动了北京、天津、上海、西安、深圳等12个试点城市地区的清洁能源推广应用工作,在CNG汽车的推广应用和加气站建设方面取得了前所未有的成效。根据有关部门统计数字,天然气汽车自2002年以来发展迅速,截至2007年底,全国已有30个省市自治区的80多个城市推广天然气汽车。其中16个重点推广城市(地区)共发展天然气汽车26.5万辆,比2006年增长近8万辆;建成天然气加气站700座,比2006年增加75
13、座。我国天然气汽车和加气站主要集中在气源地附近,如四川、重庆、乌鲁木齐、西安和兰州等,天然气供应方便,气价低(仅为油价的50%60%)是CNG汽车快速发展的主要驱动力。国内预计未来两年CNG汽车市场需求情况统计1-2。未来2年内国内CNG燃料汽车市场需求情况统计表1-2CNG燃料汽车分类发展数量(台)2011年2012年2013年CNG客车60001200018000CNG重卡2500030000450001.3 展望我国天然气汽车的未来CNG汽车具有广阔的发展前景,主要表现在以下几方面: 1) 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
14、要途径。 2) 新型清洁能源汽车已被列入国家科技发展中长期规划,国家将继续组织实施涉及各种清洁能源汽车的重大科技项目,重点支持包括天然气汽车在内的整车、零部件等关键技术,将进一步促进天然气汽车的发展。 3) 我国有丰富的天然气资源,总资源储量为38万亿m3,探明储量为1.53万亿m3,仅为总资源储量的4.02%。我国主要分布在四川、陕西及新疆等西部地区,近年来在近海也发现有大气田2。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”、“忠武线”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
15、,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, 每年可输送天然气达8亿立方米,管网长度6894km,其中,高压管线591km,为天津市大力发展CNG汽车大规模建设加气站提供了保证,预计到2015年可供商品量有望超过2400亿立方米将为发展天然气汽车提供充足的资源保障。 第二章 天然气性能及经济性2.1 天然气的理化性质天然气:又称油田气、石油气、石油伴生气。天然气 广义指埋藏于地层中自然形成的气体的总称。但通常所称的天然气只指贮存于地层较深部的一种富含碳氢化合物的可燃气体,而与石
16、油共生的天然气常称为油田伴生气。主要成分是甲烷,还含有少量乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢等。无硫化氢时为无色无臭易燃易爆气体,密度多在0.60.8g/cm3,比空气轻,热值为8500大卡/米3,爆炸极限为5%15%(天然气气体浓度)。甲烷沸点-161.49,在0.1Mpa、-162的情况下可由气态天然气转换成液态天然气(LNG),气液比为625:1。CN G的辛烷值为115130 ,适宜的压缩比为1012 ,极限可达到153 ,这是CN G 既适宜点燃式发动机又适宜压燃式发动机的重要原因;现代汽油机的c 为6. 510. 0 ,个别可达到11 。从热力循环理论上讲,提高发动机的压
17、缩比 可提高其动力性和热效率。天然气燃烧后生成二氧化碳和水,而使烟气不污染大气,被视为洁净能源。通常将含甲烷高于90%的称为干气,含甲烷低于90%的称为湿气。天然气是埋藏在地下的古生物经过亿万年的高温和高压等作用而形成的可燃气,是一种无色无味无毒、热值高、燃烧稳定、洁净环保的优质能源。它主要存在于油田和天然气田,也有少量出于煤层。天然气由亿万年前的有机物质转化而来,主要成分是甲烷,此外根据不同的地质形成条件,尚含有不同数量的乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷等低碳烷烃以及二氧化碳、氮气、氢气、硫化物等非烃类物质;有的气田中还含有氦气。天然气是一种重要的能源,广泛用作城市煤气和工业燃料,也是重要的化工
18、原料。2.2 天然气的可用性分析以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。机动车尾气是大气污染主要来源之一,其中主要有害成分是C0、N0、 NO2、S02、碳氢化合物、粉尘等。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。大量的试验和测试表明,CNG汽车与燃油汽车相比,CO2 排放低25 %,HC 排放低80 %,SO2排放低75 %,SO 排放低99. 99 %,Pb 减少到0 ,PM 排放减少41. 67 %,CO 排放减少89. 73 %。对改善城市环境有显著作用。典
19、型的汽油机与天然气机CH化合物排放情况比较见图2-l。 油机与天然气机CH化合物排放情况比较2-12) 较高的安全性。与汽油相比,压缩天然气是相对安全的燃料: 天然气爆炸下限为5,比汽油(爆炸下限为l)高。CN G 的自燃温度为630 730 2 ,汽油的自燃温度为220 470 ,比汽油燃点高,相比不易点燃。甲烷密度低,相对密度为055左右,一旦压缩天然气从储罐或管路中泄漏,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,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。天然气与汽油的燃料特性比较见表2-1:天然气与汽油的燃料特性比2-1燃料
20、辛烷值低热值(MJm-3)混合气热值(kJm-3)燃点天然气120以上36.223290645汽油589744.003670427 天然气汽车的钢瓶为高压容器,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,而汽油汽车的油箱是非压力容器,着火后容易爆炸。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)。 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、成品油和液化石油气。使用燃
21、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,不仅缓解了汽油供应紧张的问题而且满足交通事业发展的需要。 4) 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,燃烧充分不易于形成积碳;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。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) 较高的经济效益。目前,国内汽油价格持续上升,价格体系已和世界接轨,使用CNG汽车将能节省
22、近40燃料费用。2.3天然气汽车的劣势1) 汽车行驶距离缩短。气体燃料的能量密度低,天然气汽车携带的燃料量较少,一次充满相同容积的燃料一般行驶距离较汽油车短。2) 发动机功率下降。实验结果表明:当由燃烧汽油变换为燃烧天然气时,发动机的扭矩、功率下降非常大;增大点火提前角可使发动机的动力性能得到改善,但发动机NOx,总碳氢THC,CO及CO2的排放污染明显减少4。而目前用的天然气发动机大多是由原汽油机改装的,所以汽油汽车在改用天然气后功率往往会下降10%20%左右5。一般柴油汽车如果用双燃料方式改装燃用天然气,则不会出现这种现象,但改装件的结构较为复杂6。3) 增加车重及有效空间减少。目前的天然
23、气汽车是在原来的汽油车或柴油车的基础上改装的,原来汽油机或柴油机的燃料系统大多保留。 这样,要在原汽车的增加天然气燃料系统,特别是气瓶使原来的汽车的有效空间减少,本身的自重也增加了。4) 推广过程建设投资成本高。将现有的汽车改用天然气作燃料时,需增加发动机燃料系统的部件,如储气瓶、减压阀、混合器等,需要一定的改车投资。天然气是气态燃料,不容易储存和携带,因此需要加压或液化以便装瓶,还需要建造比汽油、柴油加油站投资都大的加气站,并形成一定的网络,一次性投资较大。 尽管天然气有缺点,但具有上述优良的环保性能及经济性能,所以在汽车发动机上作为代用燃料得到了世界各国的广泛应用7-8 。第三章 天然气汽
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