天然气汽车概述1

《天然气汽车概述1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《天然气汽车概述1（59页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第二章 天然气汽车(NGV),第一节 概 述,一、天然气汽车发展概况 诞生：20世纪30年代，意大利(贫油富气)推出天然气汽车 7080年代：（较快发展） 79年，新西兰的NGV获得较快发展 82年，加拿大开始发展NGV 84年，福特推出单燃料NGV 86年，我国四川建成第一个加气站 90年代后：（快速发展） 94年，欧洲成立天然气汽车协会（ENGVA） 2000年，我国实施清洁能源行动计划 目前，世界NGV已超过100万辆，天然气加气站超过3000座。,1997年世界天然气汽车和加气站统计,二、我国天然气汽车发展现状 截至2004年底，我国燃气汽车保有量为21.5万量，19个重点推广应用城市

2、（地区），加气站数量达712座。,我国燃气汽车历年数据统计（单位：万辆）,我国燃气加气站历年数据统计（单位：座）,19个清洁汽车重点推广应用城市（地区）：北京市、上海市、天津市、重庆市、四川省、海南省、西安市、乌鲁木齐市、长春市、哈尔滨市、广州市、济南市、青岛市、银川市、廊坊市、濮阳市、沈阳市、兰州市和丹东市 。,三、天然气的类型 1、压缩天然气（CNG） 储存压力高于大气压力的气态天然气。 汽车上储带压力约为20MPa目前主要的储带方式 2、常压天然气（NNG） 携带量少，不安全一般不采用 3、液化天然气（LNG） 超低温-161.5以下变为液态，体积减小1/625正迅 速发展的储带方法 4

3、、吸附天然气（ANG） 在3.56MPa下储存在吸附剂（活性炭）中 1g活性炭可吸附17g甲烷（1m3活性炭可吸附170m3 甲烷）正在发展,四、天然气汽车的类型 1、按储带的压力和形态分 压缩天然气汽车（CNGV）：一般以20MPa的压力储带天 然气。工作时，经过降压、 计量、混合后进入气缸 是目前NGV的主流 常压天然气汽车（NNGV）：已淘汰 液化天然气汽车（LNGV）：工作时，经过升温、汽化、 计量和混合后进入气缸 吸附天然气汽车（ANGV）：工作时，经降压、计量和混 合后进入气缸,2、按燃料的组成与应用分 纯天然气汽车：使用单一天然气燃料，点燃。压缩比高 NG-汽油两用燃料汽车：交替

4、使用这两种燃料。由汽油机 改造。 NG-柴油双燃料汽车：由柴油引燃，可降低微粒排放 3、按天然气供给方式分 机械控制式天然气汽车：机械控制天然气 机电控制天然气汽车 电控天然气汽车 4、按NG供给方式分 真空进气式天然气汽车：以真空管真空引入天然气 喷射式天然气汽车：以一定压力喷入气缸或进气管,第二节 车用天然气的物化特性,一、车用天然气的成分 车用天然气的主要成分是甲烷CH4 天然气进入加气站在压缩前和后，要进行“三脱”处理： 脱水使含水量小于16mg/m3，防膨胀而结冰 脱烃脱轻烃，使乙烷小于3%，防燃烧不正常 脱硫脱H2S，防腐蚀,二、车用天然气的物化特性 1、天然气的密度 约0.78K

5、g/m3（常温常压下），相对于空气的60% 2、热值 分子中含C和H原子数越多，燃烧后产生的能量越多 天然气的低热值略高于汽柴油，但混合气热值低于汽柴油，纯甲烷混合气热值比汽油低10%。 3、沸点 -161.5，低于此温度变成液态，故难于液态储存。 4、颜色、味道和毒性 无色、无味、无毒，为安全加入加臭剂 5、混合气着火界限 5%15%，对应过量空气系数0.61.8，较宽，可采用稀薄燃烧技术 6、自然温度 630730，而汽油为220471 ，故不易压燃,7、辛烷值 一般MON为：115130，抗暴性优于汽油，可采用高压缩比的发动机。 下表为天然气、汽油、柴油物化特性比较：,三、车用天然气的特

6、点 1、清洁 含S量少，完全燃烧后CO、HC的排量下降，微粒大 幅度下降，NOx少（天然气火焰温度低）。 2、使用特性好 冷起动性能好，不含胶质，不产生积碳，发动机寿命长 3、抗暴性好辛烷值约为130，可增大压缩比和BTDC 4、具有姣好的安全性 密度小，点燃温度高（不易形成可燃混合气） 5、储带性差 6、动力性下降 气态充气不足（比液体燃料少10%）混合气热值下降动力性下降,四、车用天然气的燃烧特性 1、混合气热值下降 天然气混合气热值为2.76MJ/Kg；(NG热值约为50MJ/Kg) 汽油混合气热值为：2.8MJ/Kg；(汽油热值约为44MJ/Kg) 2、充量系数减小进气量减少1/10

7、3、发动机热效率下降火焰传播速度慢，传热损失大 4、燃烧前后摩尔数的变化 CH4+2O2+8N2CO2+2H2O+8N2 天然气燃烧前、后摩尔数没有变化 对于汽油机，以庚烷为例： C7H16+11O2+44N27CO2+8H2O+44N2 其摩尔数由56增加到59 故：天然气使发动机输出功率降低(与汽油机比约低15%),第三节 CNGV的燃料供给系统及总体布置,一、CNGV燃料供给系统 作用：根据不同工况，调节空燃比，并提供合适混合气量 组成： 储气系统充气装置、储气瓶、气压表、截止阀等 供给系统过滤器、减压调节器、混合器、等 燃料转换系统（两用燃料）转换开关、截止阀等 结构： 纯天然气供给系

8、统 天然气/汽油两用燃料供给系统,纯天然气供给系统,天然气/汽油两用燃料供给系统,一、CNGV燃料供给系统的总体布置,要求： 1、储气瓶安装在安全部位，行李箱、车架旁梁下等 2、高压管线安装牢固、防泄漏等 3、减压器安装位置振动小、远离排气管等热源,压缩比提高到10:1，采用白金电线和镀镍火花塞。气门采用优质耐磨材料，充气时间为34min。,天然气/汽油两用燃料,第四节 CNGV的燃料供给系统的类型,第一代：机械控制混合气供给系统 第二代：电子控制混合气供给系统 第三代：电子控制天然气喷射系统 一、机械控制混合气供给系统 特点：在化油器式发动机上增加一套天然气供给系统 原理：储气瓶内天然气减压

9、器混合气进气管 混合器类型： 文丘管式混合器与化油器喉管相似 IMPCO型混合器,二、电子控制混合器供给系统 特点：电控系统，闭环控制；但怠速时天然气流量较小。,IMPCO公司的比例调节式（膜片式）混合器闭环控制系统 CNG气瓶高压减压器低压截止阀低压减压器(7kPa)混合器气缸 *ECU通过FCV电磁阀调节混合器浓度,三、电子控制天然气喷射系统 1、电控单点喷射系统 美国福特公司GFI型CNG系统 CNG气瓶(20MPa)减压器(0.69MPa) 磁阀组(ECU控制 喷嘴进气总管,沃尔沃THG103低排放CNG稀燃发动机 A/F:正常工况为22:126:1； 怠速为20:1 CNG气瓶(20

10、MPa)减压器(1MPa) 电磁喷射器进气总管,2、电控多点喷射系统 荷兰TNO研究所的TNO系统多点连续喷射 CNG气瓶减压器(0.195MPa)电磁阀天然气分配器喷嘴,ECU控制步进电机使滑阀控制天然气 流通面积以控制天然气流量。 伺服电磁阀控制天然气通往膜片下方 的旁通气道，通过膜片控制天然气主 通道的通断。,日本天然气汽车多点顺序喷射 CNG气瓶电磁阀两级减压器(0.255MPa) 电磁喷嘴(电控天然气喷射阀),吉林工业大学的天然气发动机缸内直喷 喷射阀开启和关闭时间：整个压缩行程。 喷射阀：二通常开式电磁线圈断电时供气，通电时停止供气。,第五节 CNGV燃料供给系统的主要部件,主要部

11、件：储气瓶、阀门、减压器、混合器等 1、储气瓶 材料：合金钢 30CrMo、 35CrMo、 40CrMo 铝合金 复合材料外：碳纤维或玻璃纤维，内：热塑性材料 工作压力：16MPa或20MPa,我国车用储气瓶多为钢瓶，标准 GB172581998 结构型式：,2、阀门 主要包括：输出阀、主阀、充气阀、安全阀等 输出阀： 装在CNG储气瓶上,主阀： 装在高压管路中。三通接头接压力表连接,充气阀：单向阀，提供气源与储气瓶之间的连接通道。,3、减压器 作用：减压（20MPa0.11.2MPa） 分类：,要求： 减压至大气压左右，不受储气瓶压力影响； 停机时，自动关闭天然气； 不泄漏，有安全阀； 压

12、力可调； 能适应发动机工况变化； 设有加热通道，防减压霜冻。, 集成式减压器 两级减压器 第一级： 20MPa0.4MPa 第二级：0.4MPa0.1MPa,结构与原理： 混合器吸气产生真空使阀门12打开。 天然气经球阀8一级减压室经阀门12 二级减压室经量孔1 混合器。 大负荷时，加浓阀13打开，额外增加供气。 停机时，阀门12关闭。,三级减压器,天然气阀3一级减压室4(0.25MPa) 经通孔7二级减压室8经通孔17三级减压室(0.178MPa)混合器。 减压器内设置加温水套。, 分体式减压器 由高压减压器和低压减压器,高压减压器 作用：高压中压 20MPA 0.51.2MPa 天然气过滤

13、器1阀门12 减压室B出口混合器（或喷射阀，或低压减压器）。 出气量增大时，压力腔B压力下降，膜片8下移，使阀12开度增大。 调节螺杆4用于调节输出压力。,低压减压器 作用：中压低压0.51.2MPa00.02MPa 高压减压器过滤器1一级阀门3一级减压腔A二级阀门8二级减压腔混合器（或喷射阀）。 出气量增大时，膜片25上移，使二级阀门8开度增大。,4、混合器及喷射阀 作用：天然气与空气混合，控制进气量 混合方式：进气总管混合(混合器) 、进气歧管混合(喷射阀) 缸内混合（喷射阀）,混合器,喷射阀,5、天然气过滤器,天然气经进口过滤器毛毡和金属滤网电磁阀出口,6、天然气加热器 作用：防止减压过

14、程气体膨胀吸热而造成高凝点气体凝结堵塞管道,循环水与天然气成逆向流动，换热效果好,第六节 CNG发动机动力性分析,一、CNG发动机的类型 火花塞点燃：单燃料、双燃料 柴油引燃： 二、CNG发动机动力性分析 1、对CNG发动机动力性有利的因素 NG的辛烷值高（120） 许用压缩比可为1012，理论热效率可提高7%12% 混合均匀，燃烧完全度高 有利于热效率的提高,2、对CNG发动机动力性不利的因素 混合气热值低比汽油低12% 理论上，发动机的输出功率与混合气热值成正比 充气效率和空气量小 采用汽油机进气系统使NG充气效率下降16% NG占据容积大，使空气量减少 总进气量下降10%，动力性下降10

15、% 其它因素 点火提前角、空燃比 下图为CA6102汽油发动机以汽油和NG为燃料的外特性对比：,3000r/min时，功率：汽油89.5KW，NG：65.3KW。 扭矩：汽油285NM，NG207.8NM,三、CNG发动机动力性提高措施 1、优化点火提前角 外特性上BTDC增加810度,负荷特性上（1800r/min)BTDC增加1014度, 优化混合器 降低进气温度 采用喷射气法 增压 大负荷优化加浓,第七节 CNG加气站,组成： 调压站将NG调至压缩进气压力，并滤清、干燥、计量和安全. NG压缩机经4级压缩成25MPa 充气程序控制盘向高、中、低气瓶组充气，或使气瓶组按 低、中、高顺序向汽

16、车气瓶充气 CNG气瓶组高、中、低气瓶三组 售气机向汽车充气。由流量计、计价器和顺序加气系统组成.,第八节 液化天然气汽车（LNGV）,LNG的主要成分为液体甲烷，由含90%以上的甲烷的天然气经脱水、脱烃、脱酸处理，并液化（-161.5)而成。 一、LNG的特性 1、储运性好液化后的体积为NG的1/625 2、更清洁经“三脱”净化和液化，分离出重烃和杂质 3、辛烷值高，燃烧完全 4、液化工艺复杂，成本高 二、LNGV供给系统 与CNGV工作基本相同 储存：低压（约1MPa）、超低温（-161.5 ）、绝热、液态 使用：蒸发汽化（吸热）,LNGV供给系统组成： LNG储罐8090L的低压容器，双层金属夹绝热材料，温度 -125-161.5 ，压力1MPa