【文章內(nèi)容簡介】 證兩種燃料完全燃燒。國外為電腦自動控制，可使系統(tǒng)達到天然氣與空氣最佳混合，使其完全燃燒。 汽油車改為 CNG 汽車 使用天然氣作為發(fā)動機燃料的工作原理與原來的汽油機相同 ， 將高壓氣瓶中儲存的天然氣經(jīng)過減壓后送到混合器中與空氣混合，然后進入氣缸 。點火時 仍然使用北華大學(xué)本科畢業(yè) 論文 8 原汽油機點火系統(tǒng)中的火花塞點火，原汽油機的壓縮比不變，結(jié)構(gòu)基本不變，只是另外加上天然氣的儲氣瓶、減壓閥及相應(yīng)的開關(guān)，改裝費用較低，而且仍可分別使用汽油和天 然氣兩種燃料。雖然天然氣的抗爆性能好，允許在較高的壓縮比下工作，但在改裝時為了原發(fā)動機仍能使用汽油工作，故原發(fā)動機的壓縮比沒有改變，使用天然氣時發(fā)動機的功率要損失 10% ～ 20%。為了減少功率損失，而在改裝時提高壓縮比，并改變點火提前角以適應(yīng)天然氣的工作需要，雖可減少功率損失，但再用汽油工作時會產(chǎn)生爆震，甚至不能工作，所以改裝時一般不改變發(fā)動機的壓縮比。汽油車改裝的天然氣汽車操作非常簡單，只需將燃料選擇開關(guān)置于天然氣一側(cè)，高壓天然氣就從氣瓶中經(jīng)高壓管線送到減壓閥，經(jīng)過兩級或三級減壓將天然氣壓力降至接近大氣壓 ，進入混合器與空氣混合后進入發(fā)動機，經(jīng)火花塞點火即可工作。氣瓶中的壓力不足時，要及時到加氣站加氣，一般加氣后氣瓶壓力應(yīng)達到20MPa，汽車可行駛 250km 左右。 柴油車改為 CNG 汽車 柴油車的改裝有兩種方法：一是原柴油車的結(jié)構(gòu)不變，按電點火方式改裝，即按汽油機的工作原理工作，把原來柴油機的燃料系統(tǒng)全部去掉，壓縮比降低到天然氣能工作的數(shù)值。裝上天然氣燃料系統(tǒng)和電子點火系統(tǒng)，成為只燃燒天然氣的單燃料天然氣汽車。該方法比較簡單，技術(shù)也比較成熟，但不能再用柴油工作，而且發(fā)動機功率損失較大，只有原來柴油機的 65%～ 70%第二種方法是原柴油機燃料系統(tǒng)不變，再加上上述天然氣燃料系統(tǒng)，一般壓縮比不用改變。發(fā)動機氣缸吸入空氣和天然氣的混 合 物后，由原來的柴油噴嘴噴入少量柴油用于引燃。柴油壓燃著火后，點燃天然氣和空氣的混 合 氣進行工作，通常稱這種車為柴油 /天然氣雙燃料汽車。雙燃料的工作方式不僅不會損失功率，而且由于天然氣的燃燒性能好，還能比原來的柴油機的功率略有增加，實驗證明，在高負荷運行時天然氣可替代 80%左右的柴油。 天然氣汽車加氣技術(shù) 天然氣汽車技術(shù)主要分為給汽車充氣的加氣站和汽車增裝的天然氣供給及減壓系統(tǒng)。 一． 天然氣汽車加 氣站的現(xiàn)狀 CNG 加氣站按加氣能力可分為大型、中小型和移動式加氣站。據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)在國外有 3OO0 多座加氣站，其中以俄羅斯、意大利、美國和新西蘭等國的發(fā)展最為典2 天然氣汽車技術(shù) 9 型。 俄羅斯有加氣站 187 座，分為大型站 (可日加氣 500 輛車，配備 900m179。／ h 壓縮機 5 臺，加氣柜 8 套 )，中型站 (可日加氣 3O0 輛車，配備 900m179。／ h 壓縮機 3 臺，加氣柜 6 套 )，小型站，另有綜合站、汽油、柴油的混合站 )加氣站的技術(shù)設(shè)備水平為中等。 美國自 l99O 年通過清潔大氣條例修正案后，在原有 萬輛 CNGV 的基礎(chǔ)上，以每年 5%～ 10%的速度增長。到 1997 年底，美國已有 CNGV 加氣站 l102 座， 4 萬 輛CNGV。加氣站加氣方法由以慢充為主發(fā)展到快充以及快、慢充結(jié)合法，加氣站的規(guī)模也視各地的具體情況有大、中、小型之分，配備的壓縮機在 21～ 28MPa 出口壓力下，每小時壓縮天然氣 34～ 3400m179。 美國 CNG 加氣站一般建在靠近天然氣管網(wǎng)的地方，加氣站系統(tǒng)具有先進的自動化及天然氣壓縮設(shè)備，并為地方政府所認可。在遠離天然氣管網(wǎng)的地方建 LNG/CNG加氣站，即由附近的天然氣液化廠運來 LNG，直接為 LNGV 加注 LNG，或由 LNG 汽化后為 CNGV 加氣。此時，甲烷純 度極高，十分有利于確保發(fā)動機的性能，提高其壽命，減少維修費用。另外，美國也有加裝 CNG、汽油和柴油的綜臺站。 在新西蘭，由于政府的鼓勵和天然氣價格的優(yōu)勢，天然氣汽車自 1979 年以來發(fā)展速度很快，曾達到 387 座加氣站和 l5 萬輛 CNG 兩用燃料汽車的規(guī)模 其加氣站一般配備 2OOm179。/h 的壓縮機，利用多組系統(tǒng)儲存 CNG，電子裝置操作電磁閥和圓頂裝載機，控制組與組間的自動順序充氣，儲存氣體的利用率由 30%提高到 70%，并保證加氣站高峰時所有車輛幾分鐘內(nèi)快速加氣。 為了滿足在沒有天然氣管網(wǎng)的地區(qū)使用和發(fā)展 NGV，國外天 然氣汽車子母站應(yīng)運而生。一套子母站系統(tǒng)包括母站、轉(zhuǎn)運車、子站三部分。最廣泛采用此形式加氣的國家是意大利、新西蘭 、 美國、澳大利亞、馬來西亞、印尼也正在增加子母站系統(tǒng)的使用。 二． 加氣站一般有來氣處理調(diào)壓計量裝置、天然氣增壓壓縮機、 CNG 儲氣鋼瓶組、充氣順序控制系統(tǒng)、加氣機五部分。 1） 來氣處理調(diào)壓計量裝置 視來氣氣質(zhì)條件可將氣體分離、干燥、脫硫、脫油以滿足車裝天然氣氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。合格天然氣需進行計量和調(diào)壓以保證進氣壓力平穩(wěn)并防止超壓。 2） 天然氣增壓壓縮機 目前增壓壓縮機種類較多，國內(nèi)國外都有。國外有澳大利亞、加 拿大、新西北華大學(xué)本科畢業(yè) 論文 10 蘭、意大利、美國、德國、奧地利各公司的壓縮機，國內(nèi)以重慶壓縮機廠為主體，壓縮機大都是 v 型、四級壓縮、水冷、空冷固定、往復(fù)活塞式、少油潤滑。排氣量200Nm/h～ 600Nm/h，進氣壓力 ，排氣壓力 25MPa。 3） CNG 儲氣鋼瓶組 為了加快充氣和減少頻繁啟動壓縮機，應(yīng)儲備一定體積的氣量，設(shè)有 CNG 鋼瓶組。儲氣鋼瓶組按壓力并聯(lián)編組宜分為高、中、低三組，容積比為 1： 2： 3。把儲氣瓶組成這樣的三組，目的是為了讓儲氣瓶中有一組首先達到額定儲氣壓力，也就是先充高壓組，再中壓組，后低壓組，最后全部達 到儲氣額定壓力。所謂的高、中、低壓組只說明充氣的先后次序而已，并不代表實際壓力高、中、低。 4） 充氣順序控制部分 該系統(tǒng)能有效地實現(xiàn)按高、中、低壓氣瓶組充氣。當(dāng)壓縮機起動后，可先向儲氣瓶充氣。當(dāng)充氣管線壓力達到 22MPa 時，高壓瓶組的調(diào)壓閥開啟，先對高壓瓶組充氣，而高壓瓶組壓力升到 22MPa 時，中壓瓶組調(diào)節(jié)閥開啟，向中壓瓶組充氣，當(dāng)中壓瓶組壓力達到 22MPa 時，低壓瓶組調(diào)節(jié)閥開啟，向低壓瓶組充氣，當(dāng)?shù)蛪浩拷M壓力達到 22MPa 時，壓縮機就及時對三組瓶組充氣，當(dāng)瓶組壓力都充到 25MPa 時，壓縮機自動停車。當(dāng)汽車 加氣壓力下降到 22MPa 時 (此壓力自定可調(diào) )，壓縮機自動啟動，對瓶組進行補氣。 5） 加氣機 加氣機由流量計系統(tǒng)、計價器和加氣系統(tǒng)組成。順序加氣系統(tǒng)是向兩個儲氣瓶剩余壓力不同的 CNG 汽車同時加氣裝置，取氣順序正好與充氣順序相反。給汽車加氣時，先從低壓氣瓶組取氣，當(dāng)壓力平衡后，再從中壓瓶組取氣，再待壓力平衡后，從高壓瓶組取氣。這樣加氣的優(yōu)點在于當(dāng)二部 CNG 汽車鋼瓶剩余壓力不同時，可分別從不同儲氣瓶組取氣，如其中一部汽車的剩余壓力高于低壓儲氣瓶時，則從中壓儲氣瓶組取氣，而另一部則從低壓儲氣瓶組取氣。這一系統(tǒng)的另一 優(yōu)點是當(dāng)汽車加氣高峰時，可以將儲氣瓶組的壓縮氣取出 58%，而同時從三組儲氣瓶取氣時，只能取出氣量 20%。流量計可以記錄瞬時流量，并累計流量。如把氣價輸入，在計價器上可顯示出每次加氣需要的款額。 3 天然氣汽車發(fā)展存在的問題及對策 11 3 天然氣汽車發(fā)展存在的問題及對策 天然氣具有來源豐富、污染小、經(jīng)濟性好等一系列優(yōu)點，雖然存在著一些缺點和問題，但都是可以解決的。 天然氣汽車功率下降的原因及對策 發(fā)動機功率下降的原因 天然氣汽車使用中的一個主要問題是發(fā)動機的功率比使用汽油時有明顯下降。據(jù)資料報道，汽車在使用天然氣作燃料時，功率一般要下降 15%左右， 個別時候下降更多。功率下降的結(jié)果，一方面導(dǎo)致汽車重載、爬坡或加速時動力不足，另一方面導(dǎo)致燃料消耗相對增加，并增加污染物排放量。天然氣汽車的功率下降主要原因在于燃料本身的特性和發(fā)動機的構(gòu)造。在燃料性質(zhì)方面，汽油是液體燃料，而天然氣是氣體燃料。使用汽油時，液態(tài)汽油的體積與進氣體積相比幾乎可以忽略不計，但用天然氣作燃料時，燃料本身的體積在整個進氣中占有較大比例，因此導(dǎo)致進入氣缸的空氣量減少，充氣系數(shù)下降，從而導(dǎo)致發(fā)動機功率下降。在發(fā)動機構(gòu)造方面，決定發(fā)動機功率的主要因素是發(fā)動機的壓縮比，壓縮比越大，熱效率越高，有效功率就越大。同時，壓縮比越大，發(fā)動機爆震的傾向也越大。因此，發(fā)動機壓縮比還必須與燃料的抗爆性相適應(yīng)。汽油的抗爆性決定了汽油機的壓縮比不可能太大，但天然氣的抗爆性很好，完全可以用于壓縮比較大的發(fā)動機，從而提高其功率。天然氣汽車的應(yīng)用還處在起步階段，天然氣的供應(yīng)遠不 象 汽油那樣普及，在這種情況下，專門設(shè)計的天然氣發(fā)動機汽車很難推廣。目前投入運行的天然氣汽車大多是兩用燃料汽車，既可以用天然氣，也可以用汽油。這種兩用燃料汽車為了兼顧使用汽油的需要，壓縮比提高較小或者沒有提高。因此天然氣高抗爆性的特性并未得到充分發(fā)揮 ，導(dǎo)致發(fā)動機功率下降。另外，天然氣的熱值低也是影響天然氣汽車發(fā)動機功率下降的一個重要原因。 提高天然氣汽車功率的措施 一 .提高充氣系數(shù) 充氣系數(shù)下降是導(dǎo)致天然氣汽車功率下降的重要原因，從理論上講，提高充氣北華大學(xué)本科畢業(yè) 論文 12 系數(shù)是提高功率的一種途徑。但充氣系數(shù)下降是由天然氣本身的性質(zhì)所決定的，從燃料方面顯然無法解決這一問題，唯一的解決辦法是采取進氣增壓措施。 二 .適當(dāng)提高發(fā)動機壓縮比 天然氣的辛烷值很高，抗爆性非常好，如果直接在汽油機上使用天然氣，就不能充分利用天然氣的這種優(yōu)點，提高發(fā)動機功率。如果 減小 發(fā)動機 的燃燒室容積來提高 發(fā)動機 的壓縮比，就可以提高發(fā)動機的功率，在一定程度上彌補部分功率損失， 這種方法是人們通常采用的一種方法。但是，考慮到目前大部分天然氣汽車都是兩用燃料汽車，發(fā)動機壓縮比不可能提高太多，否則一旦換用汽油作燃料，有可能產(chǎn)生爆震。因此壓縮比的提高有一定限度，應(yīng)根據(jù)實際情況確定。例如，原來使用 90 號汽油的汽車，改成兩用燃料汽車時，可將壓縮比提高到使用 93 號汽油的壓縮比；原來使用 93 號汽油的發(fā)動機改成兩用燃料汽車時，可將壓縮比提高到使用95 號或 97 號汽油的壓縮比。對于 象 城市公共汽車那樣在固定線上行駛，天然氣供應(yīng)有保障的 汽車，應(yīng)當(dāng)提倡使用壓縮比與天然氣抗爆性相適應(yīng)的單一燃料天然氣汽車，充分發(fā)揮天然氣高壓縮比的特點，以提高汽車發(fā)動機功率。 三 .使用專用天然氣汽車發(fā)動機潤滑油 天然氣是氣體燃料，使用中不會出現(xiàn)發(fā)動機潤滑油稀釋現(xiàn)象，因此可以使用粘度較低的潤滑油，這樣可以減少粘度造成的功率損失，提高發(fā)動機的效率。同時，天然氣汽車專用發(fā)動機潤滑油可以有效防止氣門、活塞環(huán)等燃燒室部件的腐蝕與磨損，防止氣缸壓力下降引起的功率損失。在 CA6102 天然氣發(fā)動機臺架上，對使用天然氣發(fā)動機潤滑油和使用 ESC30 汽油機潤滑油進行了對比試驗，試驗表 明：與使用ESC30 汽油機潤滑油相比，使用天然氣發(fā)動機潤滑油可以增大發(fā)動機的功率和扭矩，降低燃料消耗率 10%左右。 天然氣汽車的腐蝕與早期磨損及解決問題的措施 天然氣汽車磨損的原因 汽車以天然氣作燃料時，發(fā)現(xiàn)燃燒室部件明顯腐蝕，甚至曲軸也出現(xiàn)腐蝕，氣門、活塞環(huán)和氣缸磨損嚴重，與使用汽油時相比，汽車大修期通常要縮短 1/3 到1/2。這是天然氣汽車面臨的另一個問題。天然氣汽車出現(xiàn)腐蝕和早期磨損的原因是由于天然氣中含有微量硫化合物 (硫化氫 )，引起氣缸、氣缸壁的腐蝕與磨損，使發(fā)動機動力下降，使用壽命縮短，汽車大修期縮 短。 3 天然氣汽車發(fā)展存在的問題及對策 13 減少腐蝕和磨損的措施 一 .天然氣脫硫 天然氣汽車發(fā)生腐蝕和早期磨損的根本原因是由于天然氣中含有微量硫化氫。因此，對天然氣進行脫硫處理是減少腐蝕和磨損的重要手段。但對天然氣進行脫硫處理，也很難將硫化氫完全除去，因此，天然氣對發(fā)動機的腐蝕是很難完全避免的。 二 .采用耐腐蝕材料 采用抗硫化物腐蝕的金屬材料制造發(fā)動機也是防止腐蝕的一個重要措施。但這種方法僅適用于新發(fā)動機的制造，對于現(xiàn)有發(fā)動機是無能為力的。 三 .使用專門的天然氣汽車發(fā)動機潤滑油 使用天然氣汽車發(fā)動機潤滑油代替目前使用的汽油機潤滑油是防止天然氣汽 車發(fā)動機腐蝕的有效措施，這種方法不但簡便，而且不增加成本。天然氣汽車發(fā)動機潤滑油與汽油機潤滑油相比具有較高的堿值，有很強的酸中和能力。 5 萬 公里行車試驗表明，該潤滑油能有效防止硫化氫的腐蝕，減少發(fā)動機磨損，延長發(fā)動機大修期 1/2 以上。該汽車 5 萬 公里道路試驗前、后氣缸尺寸變化以及燃燒室部件腐蝕與磨損情況分別列于表 3 和表 4。 表 3 試驗前后氣缸尺寸變化情況 車號 潤滑油類型 行駛里程/KM 汽缸尺寸 /mm 1缸 2缸 3缸 4缸 5缸 6缸 平均 026 ESO30汽油機潤滑油 43655 圓度 試驗前 實驗后 錐度 試驗前 實驗后 018 天然氣發(fā)動機潤滑油 52968 圓度 試驗前 實驗后 錐度 試驗前