模塊四 天燃氣汽車

模塊四天然氣汽車重慶工商職業(yè)學院天然氣汽車目錄天然氣汽車概述1天然氣汽車結構與原理2天然氣汽車的檢測與維護3重慶工商職業(yè)學院天然氣汽車1860年道依茨發(fā)動機廠制造出世界上第一臺氣體燃料發(fā)動機，1872年天然氣發(fā)動機問世。20世紀30年代，意大利推出第一輛天然氣汽車。到1939年，意大利已有1萬輛汽車燃用天然氣。前蘇聯早在1938年就研制出了兩種壓縮天然氣汽車。二戰(zhàn)后從1947年開始批量生產吉斯—156和嘎斯—51B型壓縮煤氣瓶汽車（燃用以天然氣為主的城市煤氣）。歐洲法、荷等國為補充其液體燃料不足，相繼采用了壓縮煤氣汽車。但到50—60年代發(fā)展都很緩慢，直到1973年世界第一次石油危機以后，全世界范圍內各國才對把天然氣作為汽車燃料表現出了極大的興趣，人們逐漸認識到汽車燃用天然氣既經濟又清潔且安全的優(yōu)點。與此同時，各國都加強了天然氣汽車的試驗和研究。案例引入案例引入據資料報道，目前世界上擁有壓縮天然氣汽車和高壓加氣站主要分布在意大利、阿根廷、俄羅斯、美國、加拿大和新西蘭等國，此外，在歐洲、南亞和拉丁美洲都有一定數量的天然氣汽車。我國的天然氣汽車技術在20世紀50年代就開始研究。20世紀80年代中期，我國引進了部分CNG加氣站設備，在四川建立了我國第一個CNG加氣站；1993年中國石油天然氣總公司系統(tǒng)引進國外有關技術并于1996年將加氣站裝置和汽車改裝部件引進技術國產化、技術標準規(guī)范化。1999年全國清潔汽車行動協調領導小組成立，啟動了北京、天津、上海、西安、深圳等12個試點城市地區(qū)的清潔能源推廣應用工作，在CNG汽車的推廣應用和加氣站建設方面取得了前所未有的成效。2002年北京建成投產的我國首座LNG示范加氣站并引進LNG公交汽車。重慶工商職業(yè)學院案例引入重慶工商職業(yè)學院目前，全球天然氣汽車駛入發(fā)展快車道，我國天然氣汽車產業(yè)也得到迅猛發(fā)展，加氣站和天然氣汽車總量均有大幅增長。2013年，在北京舉辦的第十四屆中國國際天然氣汽車、加氣站設備展覽會暨高峰論壇上獲悉，近一年來，我國新增加氣站446座，總量達到2784座，比上年增加19%；天然氣汽車新增47.3萬輛，總保有量已達到157.7萬輛，比上年增長40%。天然氣汽車國際協會主席約翰·里昂在巴西舉行的第11屆天然氣汽車大會上表示，在未來幾年內，國際市場上天然氣的供應量將大幅增加，從而促使汽車公司轉而生產以天然氣作為動力的汽車，取代目前大多以汽油作為動力的汽車。他指出，到2020年，預計全球將有6500萬輛汽車使用天然氣作為動力，占全球汽車保有量的80%。重慶工商職業(yè)學院模塊四天然氣汽車天然氣汽車概述1天然氣汽車的結構與原理2天然氣汽車的檢測與維護3重慶工商職業(yè)學院本章主要需要理解并學會運用以下知識：天然氣汽車的發(fā)展與組成分類天然氣汽車的結構與原理天然氣汽車的檢測與維護模塊四天然氣汽車重慶工商職業(yè)學院學習任務1天然氣汽車概述1.車用天然氣我國天然氣資源儲量約38萬億m3，相對石油來說也是比較豐富的。天然氣主要成分是甲烷。然氣的體積低熱值和質量低熱值略高于汽油、柴油，但理論混合氣熱值比汽油、柴油低。供應汽車使用的燃氣必須進行加工處理。根據天然氣的燃燒特性，按照國際上最常用的判別天然氣互換性的華白數，將天然氣分為10T、12T、13T三類。

情景1天然氣汽車的發(fā)展重慶工商職業(yè)學院重慶工商職業(yè)學院情景1天然氣汽車的發(fā)展2.天然氣汽車的發(fā)展現狀汽車尾氣排放是造成城市空氣污染的一個主要原因。與汽油相比，天然氣汽車尾氣中，CO減少90%以上，HC減少約20%，CO2減少24%，且基本不含硫化物。。近十年來，世界天然氣汽車年均增長超過25%，中國天然氣汽車保有量按照年均增長10%~15%。不僅在中國，全世界的天然氣汽車保有量也在直線式上升。天然氣汽車與同功率的傳統(tǒng)燃油汽車相比，天然氣汽車尾氣中的碳氫排放量可減少90%，一氧化碳可減少約80%，二氧化碳可減少約15%，氮氧化物可下降約40%，并且沒有含鉛物質排出。天然氣汽車與普通燃油汽車相比，在結構上主要增加了天然氣供給系統(tǒng)。天然氣供給系統(tǒng)由儲氣部件、供氣部件、控制部件和燃料轉換部件組成。圖4.1梅賽德斯—奔馳B170NGT天然氣汽車圖4.2通用CAPTⅣA天然氣汽車重慶工商職業(yè)學院重慶工商職業(yè)學院情景1天然氣汽車的發(fā)展2.天然氣汽車的發(fā)展現狀國內汽車業(yè)界也緊跟國際的發(fā)展走向，越來越注重對新能源的應用。圖4.32008蒙迪歐天然氣汽車

圖4.4帕薩特B6天然氣汽車圖4.5全新愛麗舍天然氣雙燃料汽車

圖4.6比亞迪F3天然氣雙燃料汽車重慶工商職業(yè)學院重慶工商職業(yè)學院情景2天然氣汽車的組成分類天然氣汽車是以天然氣為燃料的一種氣體燃料汽車，天然氣汽車可以按照以下方法進行分類。1、按燃料狀態(tài)分類按照所使用天然氣燃料狀態(tài)的不同，天然氣汽車可以分為：（1）壓縮天然氣汽車（CNGV），儲氣瓶內的天然氣以高壓（通常是20MPa）氣態(tài)儲存，工作時經降壓、計量和混合后進入氣缸，也可以直接噴入氣缸或進氣管。（2）液化天然氣汽車（LNGV），儲氣瓶內的天然氣以液態(tài)儲存，工作時液化天然氣經升溫、計量和混合后進入氣缸，也可以直接噴入氣缸或進氣管。由于天然氣液化后的體積僅為標準狀況下體積的1/625，儲帶方便，應用潛力較大。重慶工商職業(yè)學院重慶工商職業(yè)學院情景2天然氣汽車的組成分類（3）吸附天然氣汽車（ANGV），儲氣瓶內的天然氣以吸附方式（壓力通常為3.5～6MPa）儲存，工作時經降壓、計量和混合后進入氣缸，也可以直接噴入氣缸或進氣管。2、按燃料供給系統(tǒng)特征分類（1）單燃料（CNG）汽車，僅使用CNG作為發(fā)動機的燃料，車輛的發(fā)動機在燃料供應系統(tǒng)、工作循環(huán)參數、配氣機構參數等方面一般都針對CNG的物化特性進行了專門設計，因此燃燒熱效率較高、經濟性好。重慶工商職業(yè)學院重慶工商職業(yè)學院情景2天然氣汽車的組成分類（2）CNG—汽油兩用燃料汽車，一般是指具有兩套燃料供應系統(tǒng)，一套供給天然氣，另一套供給天然氣之外的燃料，兩套燃料供給系統(tǒng)可分別但不可同時向氣缸供給燃料的汽車。使用中可以在兩種燃料之間進行靈活切換。此類汽車與單一燃料汽車相比，由于要兼顧兩種燃料的物化特性，發(fā)動機結構參數幾乎不作改造，因此燃燒熱效率不高、經濟性一般。（3）CNG/柴油雙燃料汽車，一般是指具有兩套燃料供應系統(tǒng)，一套供給天然氣，另一套供給天然氣之外的燃料，兩套燃料供給系統(tǒng)按預定的配比向氣缸供給燃料，在缸內混合燃燒的汽車。CNG為主燃料，柴油起引燃作用。此類發(fā)動機結構參數也幾乎不作改動，可以在單純燃燒柴油和CNG與柴油同時混燒兩種工況靈活切換。重慶工商職業(yè)學院重慶工商職業(yè)學院情景2天然氣汽車的組成分類3、按燃料供給的控制方式分類（1）機械控制式天然氣汽車，是指以機械方式為主控制天然氣供給的天然氣汽車。（2）機電聯合控制式天然氣汽車，是指以機電聯合控制方式控制天然氣供給的天然氣汽車。（3）電控式天然氣汽車，是指利用微機來控制不同工況天然氣供給的天然氣汽車。電控式又有開環(huán)和閉環(huán)之分。重慶工商職業(yè)學院學習任務2天然氣汽車的結構與原理1.上海別克天然氣汽車情景1天然氣汽車的總體結構圖4.7通用別克CNG轎車專用裝置總體布置示意圖1—高壓截止閥2—低壓截止閥3—電控單元4—加氣口5—空氣濾清閥6—減壓調節(jié)器7—空氣質量傳感器8—混合器9—冷卻水管10—氣瓶11—氣瓶手動截止閥12—安全閥13—高壓管線14—油氣轉換開關15—手動截止閥重慶工商職業(yè)學院2.天津夏利改裝天然氣汽車情景1天然氣汽車的總體結構圖4.8夏利改裝CNG汽車平面布置示意圖1—氣量顯示器2—油氣轉換開關3—主氣閥4—天然氣濾清器5—氣瓶6—氣瓶座7—導氣膠管8—導氣大膠管（氣密盒）9—油管10—汽油電磁閥11—油管12—空氣濾清器13—混合器14—水管15—低壓膠管16—動力調節(jié)閥17—減壓閥總成18—鋼管（CNG管路）19—充氣閥20—高壓電磁閥重慶工商職業(yè)學院3.中巴車改裝天然氣汽車情景1天然氣汽車的總體結構圖4.9福特公司改裝的壓縮天然氣中巴汽車燃氣專用裝置布置示意圖1—中端燃料箱2—燃料箱后置組件3—燃料充氣口4—手動截止閥5—后端燃料管道6—燃料壓力調節(jié)器7—前端連通管組件8—前端燃料管道9—燃料壓力調節(jié)器冷卻液管道重慶工商職業(yè)學院4.天然氣載貨汽車情景1天然氣汽車的總體結構圖4.10某中型貨車改裝成CNG汽車布置示意圖1—充氣閥2—氣瓶3—燃油箱4—高壓電磁閥5—減壓閥6—加熱器7—汽油電磁閥8—混合器9—空氣濾清器10—壓力傳感器11—氣量顯示器12—點火時間轉換器13—燃料轉換開關重慶工商職業(yè)學院重慶工商職業(yè)學院一.

CNG—汽油兩用燃料汽車燃料供給系統(tǒng)情景2天然氣汽車的燃料供給系統(tǒng)圖4.11CNG—汽油兩用燃料發(fā)動機供給系統(tǒng)1—斷電器2—點火線圈3—點火時間轉換器4—燃料轉換開關5—充氣閥6—高壓氣瓶7—供氣閥8—壓力表9—燃氣電磁閥10—調節(jié)器11—指示燈12—混合器13—空氣濾清器14—壓力傳感器重慶工商職業(yè)學院重慶工商職業(yè)學院二.

CNG—柴油雙燃料汽車燃料供給系統(tǒng)情景2天然氣汽車的燃料供給系統(tǒng)圖4.12CNG—柴油雙燃料發(fā)動機供給系統(tǒng)1—報警裝置2—高壓減壓閥3—加熱器4—供氣閥5—充氣閥6—低壓輸氣管7—壓力表8—高壓氣瓶9—中壓管路限壓閥10—低壓供氣管11—供氣量控制閥12—混合器13—低壓減壓閥

14—噴油泵供油量限位器15—燃料轉換開關16—發(fā)動機17—噴油泵重慶工商職業(yè)學院重慶工商職業(yè)學院三.電控燃料供給系統(tǒng)情景2天然氣汽車的燃料供給系統(tǒng)1.電控CNG—汽油兩用燃料發(fā)動機供氣系統(tǒng)有以下兩種：（1）開環(huán)控制系統(tǒng)圖4.13CNG—汽油兩用燃料發(fā)動機開環(huán)控制供氣系統(tǒng)1A—充氣閥1B—供氣閥1C—高壓氣瓶2—外套管3—高壓輸氣管4—噴油器5—混合器6—進氣總管7—供氣三通插頭8—散熱器9—進氣管插頭10—壓力表11—恒溫器12—減壓調節(jié)器13—燃氣電磁閥14—冷卻液管插頭15—出氣管插頭16—怠速調節(jié)螺釘17—空氣流量計18—空氣測量葉片強制開啟器19—燃料轉換開關20—熔斷器21—點火開關22—高壓線圈23—蓄電池24—點或提前調節(jié)器25—噴油器線束插接器26—模擬器情景2天然氣汽車的燃料供給系統(tǒng)圖4.14CNG—汽油兩用燃料發(fā)動機開環(huán)控制供氣系統(tǒng)原理圖重慶工商職業(yè)學院重慶工商職業(yè)學院情景2天然氣汽車的燃料供給系統(tǒng)（2）閉環(huán)控制系統(tǒng)圖4.15CNG—汽油兩用燃料發(fā)動機閉環(huán)控制供氣系統(tǒng)1A—充氣閥1B—供氣閥1C—高壓氣瓶2—混合器3—高壓輸氣管4—外套管5—進氣總管6—噴油器7—供氣三通插頭8—電控調節(jié)器9—真空穩(wěn)定的器10—進氣管插頭11—出氣管插頭12—冷卻液管插頭13—燃氣電磁閥14—減壓器15—恒溫器16—壓力表17—散熱器18—怠速調節(jié)螺釘19—真空管20—空氣流量計21—空氣測量葉片強制開啟器22—點火開關23—蓄電池24—高壓線圈25—熔斷器26—燃料轉換開關27—燃氣ECU28—氧傳感器29—傳感器加熱器電源線30—氧傳感器信號線31—模擬器32—噴油器線束插接器33—點或提前調節(jié)器情景2天然氣汽車的燃料供給系統(tǒng)圖4.16CNG—汽油兩用燃料發(fā)動機閉環(huán)控制供氣系統(tǒng)原理圖重慶工商職業(yè)學院情景2天然氣汽車的燃料供給系統(tǒng)圖4.17CYTZ—100型閉環(huán)控制CNG供給系統(tǒng)1—主汽閥2—CNG電磁閥3—高壓表4—安全閥5—低壓表6—減壓器7—步進電機8—混合器9—壓力顯示器10—ECU11—油/氣轉換開關12—郵箱13—燃油濾清器14—汽油電磁閥15—三元催化轉換器16—氧傳感器17—發(fā)動機轉速傳感器18—壓力傳感器19—鋼瓶組20—充氣閥21—天然氣濾清器情景2天然氣汽車的燃料供給系統(tǒng)2.電控CNG—柴油雙燃料發(fā)動機供氣系統(tǒng)圖4.18CYTZ—100型閉環(huán)控制CNG供給系統(tǒng)電磁閥2—調節(jié)器3—功率閥4—混合器5—噴油泵6—供油齒條7—滑動擋板8—齒條控制器9—點火開關10—燃料轉換開關11—冷卻液溫度傳感器12—轉速傳感器13—加速踏板位置傳感器情景3天然氣汽車專用裝置與工作原理3.電控燃氣直接噴射系統(tǒng)

電控燃氣直接噴射技術從20世紀90年代才開始研究，該系統(tǒng)利用燃氣噴射器直接向氣缸內供氣，并由燃氣ECU控制噴氣量和噴氣正時。按燃氣噴射壓力不同，直接噴射系統(tǒng)可分為高壓噴射和低壓噴射兩種類型，高壓噴射系統(tǒng)用在壓縮自燃式的混合燃料發(fā)動機上，低壓噴射用在點燃式的單燃料或兩用燃料發(fā)動機上。

天然氣汽車應具有的基本專用裝置儲氣瓶、高壓管線、管路接頭、氣壓表、顯示器、手動截止閥、高壓電磁閥、過濾器、過流保護閥、減壓調節(jié)器、低壓軟管、循環(huán)水管、空氣燃料混合器（燃料噴射器）、發(fā)動機控制系統(tǒng)等。組成CNG汽車基本專用裝置的主要部件，按功能可劃分為三類：

（1）儲氣系統(tǒng)部件：儲氣瓶、充氣閥、高壓線及高壓接頭、手動截止閥、氣壓顯示裝置。

（2）燃氣供給部件：天然氣過濾器、減壓調節(jié)器、混合器、低壓氣軟管及循環(huán)水軟管。

（3）控制系統(tǒng)部件：燃料轉換開關、模擬器、天然氣電磁閥、汽油電磁閥、空燃比調節(jié)器、電控單元。情景3天然氣汽車專用裝置與工作原理情景3天然氣汽車專用裝置與工作原理1.壓縮天然氣儲氣瓶類別鋼質氣瓶復合材料氣瓶鋼或鋁內襯加環(huán)向纏繞復合材料氣瓶鋼或鋁內襯加縱、環(huán)向纏繞復合材料氣瓶塑料內襯加縱、環(huán)向纏繞復合材料氣瓶優(yōu)點價格便宜價格較便宜有一定價格優(yōu)勢，外形尺寸變化比較靈活耐蝕性好，外形尺寸靈活，安全性好缺點笨重，外形尺寸不易變化，耐蝕性差較重，外形尺寸變化比較困難，耐蝕性差耐蝕性差，價格稍高價格較高適用范圍大型車等大型車輛大中型車各型車輛情景3天然氣汽車專用裝置與工作原理1）天然氣鋼瓶圖4.19鋼瓶瓶體結構形式a）形式Tb）形式Ac）形式S情景3天然氣汽車專用裝置與工作原理項目數值允許偏差公稱水容積V/L30,40,50,60,7080,90,100,1200~5%公稱外徑D0/mm219,229,232,245267,273,335,425—1%~1%表4—6鋼瓶的公稱水容積和外徑情景3天然氣汽車專用裝置與工作原理圖4.20鋼瓶型號組成情景3天然氣汽車專用裝置與工作原理二、減壓調節(jié)器

由于車用氣瓶中的CNG壓力隨著燃料的消耗不斷變化，因此要想保持穩(wěn)定的天然氣與空氣的混合比例，則需要安裝減壓調節(jié)器。減壓調節(jié)器可以保證在車用氣瓶內的壓力發(fā)生變化時進入混合器的天然氣壓力基本恒定。根據減壓后的輸出壓力的大小可以把減壓調節(jié)器分為：負壓輸出的減壓調節(jié)器和正壓輸出的減壓調節(jié)器。其結構和工作原理如下。情景3天然氣汽車專用裝置與工作原理1、負壓輸出的減壓調節(jié)器圖4.21負壓輸出的減壓調節(jié)器1—先導閥2—天然氣濾清器3—主通道4—低壓出氣管5—通大氣口6—加熱水道7—三級減壓閥8—怠速電磁閥9—二級減壓閥10—一級減壓閥11—高壓電磁閥情景3天然氣汽車專用裝置與工作原理2、正壓輸出的減壓調節(jié)器圖4.22正壓輸出的減壓調節(jié)器1—二級閥片級閥座2—頂桿3—二級調壓器膜片組4—通道5—三級調壓器膜片組6—調壓螺栓7—三級調壓彈簧8—二級調壓彈簧9—通道10三級調壓彈簧11—三級調壓桿12—三級閥片及閥座13—壓力調節(jié)器輸出接口14—安全閥總成15—高壓閥芯16—膜片組17—調壓彈簧（1）一級減壓器（2）二級減壓器（3）三級減壓器情景3天然氣汽車專用裝置與工作原理三、混合器

混合器的作用是將空氣和天然氣按一定比例混合，形成一定濃度的可燃混合氣，并能根據發(fā)動機轉速和負荷的變化，增減混合氣的供應量，以適應發(fā)動機在起動、怠速、加速等不同運行工況下正常運行的需要。目前在CNG汽車燃料供給系統(tǒng)中有兩種原理的混合器，一種是文丘里式，另一種是比例式。情景3天然氣汽車專用裝置與工作原理1、文丘里式混合器圖4.23典型文丘里式混合器結構圖a）裝配圖b）殼體c）芯子情景3天然氣汽車專用裝置與工作原理圖4.24功率調節(jié)閥a）功率調節(jié)閥組裝圖b）雙管混合器配的功率調節(jié)閥情景3天然氣汽車專用裝置與工作原理2、比例式混合器圖4.25CYTZ—100型兩種比例式混合器外形圖a）標準型混合器b）內置式混合器情景3天然氣汽車專用裝置與工作原理圖4.26比例式混合器工作原理示意圖a）起動運行時b）停止工作時1—接空氣濾清器出氣口2—接進氣口3—動力調整螺釘4—怠速空燃比調整螺栓5—防爆皮碗N6—閥芯7—管道E8—膜片組情景3天然氣汽車專用裝置與工作原理四、加氣口圖4.27加氣口a）帶排氣螺釘的加氣口b）雙向對稱加氣口1—排氣螺釘2—防塵塞3—截止閥手輪情景3天然氣汽車專用裝置與工作原理五、天然氣汽車各種截止閥及高壓管路1、CNG車用氣瓶瓶口閥圖4.28瓶口閥1—高壓管接頭2—手動截止閥3—安全閥4—氣瓶接頭情景3天然氣汽車專用裝置與工作原理2、高壓管線及高壓接頭圖4.29高壓管線

圖4.30卡套式管接頭

情景3天然氣汽車專用裝置與工作原理3、手動截止閥圖4.31手動截止閥1—量孔2—三通接頭3—閥體4—密封塊5—彈簧6—閥芯7—螺母8—手輪9—加長軸10—心軸11—螺帽12—墊圈13—膜片14—螺帽15—墊圈16—接頭情景3天然氣汽車專用裝置與工作原理4.加氣口圖4.27加氣口a）帶排氣螺釘的加氣口b）雙向對稱加氣口1-排氣螺釘2-防塵塞3-截止閥手輪情景3天然氣汽車專用裝置與工作原理五、天然氣汽車各種截止閥及高壓管路1、CNG車用氣瓶瓶口閥圖4.28瓶口閥1-高壓管接頭2-手動截止閥3-安全閥4-氣瓶接頭情景3天然氣汽車專用裝置與工作原理2.高壓管線及高壓接頭圖4.29高壓管線4.30卡套式管接頭情景3天然氣汽車專用裝置與工作原理3.手動截止閥圖4.31手動截止閥1-量孔2-三通接頭3-閥體4-密封塊5-彈簧6-閥芯7-螺母8-手輪9-加長軸10-心軸11-螺帽12-墊圈13-膜片14-螺帽15-墊圈16-接頭情景3天然氣汽車專用裝置與工作原理4.天然氣濾清器六、氣壓顯示器裝置及油氣轉換開關情景3天然氣汽車專用裝置與工作原理圖4.32壓力表和氣壓顯示器/油氣轉換開關外形圖a）壓力表b）氣壓顯示器/油氣轉換開關情景3天然氣汽車專用裝置與工作原理七.電控天然氣汽車供給系統(tǒng)主要元件1.功率閥圖4.33雙步進電動機功率閥1-微控電動機2-主控電動機情景3天然氣汽車專用裝置與工作原理七.電控天然氣汽車供給系統(tǒng)主要元件2.模擬器圖4.34模擬器工作原理a）電壓驅動式噴油器b）電流驅動式噴油器情景3天然氣汽車專用裝置與工作原理七.電控天然氣汽車供給系統(tǒng)主要元件3.點火提前調節(jié)器圖4.35國產PICK-UP510型點火提起調節(jié)器1-點火提前切換點調節(jié)鈕2-點火提前指示燈3-線束接插口4-設置開關情景3天然氣汽車專用裝置與工作原理七.電控天然氣汽車供給系統(tǒng)主要元件4.燃氣噴射器圖4.36國產HSV電控低壓燃氣噴射器1-導線2-銜鐵3-線圈4-極靴5-推桿6-閥體7-球閥8-閥座情景3天然氣汽車專用裝置與工作原理七.電控天然氣汽車供給系統(tǒng)主要元件4.燃氣噴射器圖4.37天然氣-柴油組合式噴射器1-氣體針閥2-柴油針閥3-柱塞4-電磁閥5-供油/回油通道學習任務3天然氣汽車的檢測與維護1.維修分級與周期1）維護分級（1）日常維護（2）一級維護（3）二級維護2）維護周期情景1天然氣汽車的檢測與維修

行駛里程/km維護級別7500150002250030000375004500052500一級維護?

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