CNG汽車發(fā)動機動力分析及改良設(shè)計 文獻綜述.doc

理工大學畢業(yè)論文 文獻綜述力帆620CNG汽車發(fā)動機動力分析及改良設(shè)計前言汽車的普及給人們帶來舒適和便利的同時，也帶來了環(huán)境污染和能源短缺。為此，世界各國廣泛開展汽車替代燃料的研發(fā)工作，出現(xiàn)了電動汽車、天然氣汽車、醇類燃料汽車、氫燃料汽車、太陽能汽車和混合動力汽車等。其中，電動車、混合動力車、燃料電池、氫動力等節(jié)能環(huán)保汽車還處于起步期，高昂的購置成本難以被公眾接受；而天然氣汽車以其低排放（相對清潔）和低成本優(yōu)勢，在世界范圍內(nèi)得到快速普及和推廣成為21世紀汽車工業(yè)發(fā)展的一個重要方向，也是當前乃至未來幾年清潔環(huán)保汽車最現(xiàn)實的選擇。一、天然氣發(fā)動機的優(yōu)缺點及研究現(xiàn)狀：1、壓縮天然氣的特點：天然氣是辛烷值較高的氣態(tài)燃料，一般可達120以上，抗爆能力強，發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低。對機動車潤滑油的稀釋作用小，燃燒性能好，氣缸積碳少，不需經(jīng)常更換潤滑油和火花塞，可延長發(fā)動機的使用壽命冬季起動性好。車輛的加速性能比汽油車稍差。加氣車輛行駛半徑小，一次加氣的行駛里程低于汽油車，但如汽油和天然氣同時加滿，則一次充裝行駛的半徑加大。2、壓縮天然氣研究：汽油車可在原供油系統(tǒng)保留不變的情況下，加裝一套車用燃氣裝置，實現(xiàn)燃氣、燃油兩種功能，使得汽車對燃料適應(yīng)性大大增強，同時油氣轉(zhuǎn)換只需一個切換開關(guān)，任何時候都可以迅速轉(zhuǎn)換，操作非常簡單。目前，汽車排放的尾氣已成為我國各城市的大氣主要污染源，而天然氣是目前廣泛被人們認定為最佳的使用燃料，壓縮天然氣在燃燒過程中，污染極小，排放的廢氣中不含鉛，基本不含硫化物，與汽油車相比，一氧化碳減少97%，碳氫化合物減少72%,氮氧化物減少39%。因此環(huán)保效益十分顯著。與汽油相比， 壓縮天然氣本身就是相對安全的燃料。在美國天然氣汽車發(fā)生的多起碰撞事故中，天然氣系統(tǒng)均未引起過爆炸或著火。雙燃料發(fā)動機改造技術(shù)是在原有發(fā)動機基礎(chǔ)上增設(shè)了天然氣燃料供應(yīng)系統(tǒng)， 發(fā)動機本身結(jié)構(gòu)參數(shù)未作改動，仍按汽、柴油等液體燃料設(shè)計。由于發(fā)動機結(jié)構(gòu)參數(shù)的制約，致使天然氣發(fā)動機的動力性能有所下降，下降幅度為10%-20% ，其原因主要在于單位時間內(nèi)輸入發(fā)動機的燃料熱量較汽柴油少，通過適當增大發(fā)動機壓縮比， 可使其動力性能得以提高，但尾氣排放物也有所增加，因此雙燃料發(fā)動機的燃燒工況優(yōu)化調(diào)整十分重要。有經(jīng)驗表明，如調(diào)整合理得當，其動力性能下降幅度可控制在5%左右， 該幅度對于在城市內(nèi)行駛的車輛來說是可以接受的，但作為雙燃料汽車如何調(diào)整發(fā)動機使其達到對兩種燃料都能適應(yīng)的最佳工況，尚需進一步研究。3、 天然氣發(fā)動機現(xiàn)狀：天然氣汽車是 目前世界上公認的高節(jié)能 、低污染、經(jīng)濟 、安全的新型代用燃料汽車，燃氣汽車由于 在環(huán)保和節(jié)能方面的優(yōu)勢 ，倍受世界各國政府的高度重視，并得到了強有力的推進。目前，燃氣汽車由西歐到北美 、澳洲、東歐、亞洲 、南美 ，從而在世界范圍形成發(fā)展高潮。燃氣汽車保有量的增加及使用率的提高極大的 增加了燃氣汽車的能源替代效益 。據(jù)不完全統(tǒng)計，2004年度19個重點推廣應(yīng)用城市 (地區(qū))累計消耗LPG34.8萬t ，CNG9.4 億m3，替代燃油達116萬t ，燃油 替代效益逐步顯現(xiàn)。中國天然氣在能源消費的比例預(yù)計在2010年達 到5.3 ，遠遠低于世界25的平均水平 ，國內(nèi)各大公 司在加快開發(fā)天然氣資源 ，并建設(shè)以西氣東輸 、陜京 線 、川氣東送為代表的長輸天然氣管網(wǎng)，完善了國內(nèi) 天然氣管網(wǎng)的布局 ，使用天然氣的城市越來越多，加 快了今后幾年國內(nèi)天然氣的消費，預(yù)計到2020年全國天然氣消費將達到3850億m3，而到2030 年將會達到6000億m3 。4、 天然氣汽車存在的問題：供氣體系建設(shè)困難動力性較低汽車儲氣瓶占用空間較大汽車用戶的初始投入費用較大柴油汽車相比，天然氣汽車的制造成本較高，其中整車成本高1525，發(fā)動機成本高30一55。天然氣發(fā)動機工作溫度較高，對零部件的可靠性要求較高。二、天然氣發(fā)動機原理及動力性：CNG是壓縮天然氣英語單詞的縮寫；車用壓縮天然 氣的工作壓力在20Mpa以內(nèi)在25Mpa壓縮狀態(tài)下的天然氣體積接近標準狀態(tài)下的1/250。甲烷沸點是-162度，沸點就是液體變成氣體 所需的溫度。因而在高于-164度的溫度條件下， 無論加大壓力。甲烷都 不會液化，為了在大氣溫度條件下多儲氣或減少儲氣容器尺寸， 只能進行壓縮。當前車用儲氣瓶的壓力一般都為20Mpa，因而機械設(shè)計的 壁厚較大，導致氣瓶質(zhì)量較大，如水容積為50L的3300CrMo的金屬氣瓶，每只重約60公斤。 需要強調(diào)說明的是，氣瓶壓力雖高，但由于嚴格按高壓容器設(shè)計、制造和檢驗，并進行了火燒試驗、爆炸( 沖擊載荷) 試驗和槍擊( 集中沖擊載荷槍實彈) 試驗等三項試驗， 因而是絕對安全可靠的。CNG汽車和汽油汽車的碰撞試驗表明， 碰撞中汽油汽車油箱著火燃燒。而CNG汽車則安然無恙。甲烷的辛烷值高達130?？贡鹦院芎?，甲烷分子量小， H/C高達4，燃燒性很好，因而，用CNG作燃料的 汽車發(fā)動機震動小、噪音小，排氣中有害物質(zhì)含量很少 ，汽車引擎壽命 則自然延長。所以，CNG是一種優(yōu)質(zhì)汽車燃料。當發(fā)動機啟動后天然氣便從儲氣瓶流入燃料軟管中。 在發(fā)動機附近， 天然氣將進入壓力調(diào)節(jié)器從而實現(xiàn)降壓。 然后，天然氣 將進入多點氣體燃料噴射系統(tǒng)， 該系統(tǒng)會將其引入氣缸中。傳感器和 計算機將對燃料和空氣的混合氣體進行調(diào)節(jié)。以便火塞點燃天然氣時， 燃燒更有效。1、 天然氣汽車發(fā)動機及電器部分的技術(shù)要求：提高點火能量 最佳點火提前角影響點火提前角的因素(1)發(fā)動機轉(zhuǎn)速對點火提前角的影響，發(fā)動機轉(zhuǎn)速越高點火角越大。 (2)進氣支管絕對壓力(負荷)對點火提前角的影響，在同一轉(zhuǎn)速下 ，發(fā)動機負荷增大(節(jié)氣門開度增大)吸人氣缸內(nèi)的混合氣增多。壓縮行程終了時的壓力和溫度增高，殘存廢氣量相對減少。使燃燒速度加快因此最佳點火提前角隨負荷增加而減少。（3）影響點火提前角的其它因素，發(fā)動機燃燒室形狀。燃燒室內(nèi)溫度、空燃比、燃氣品質(zhì)、大氣壓力、冷卻水溫度、海拔高度等。(4)辛烷值對點火提前角的影響。 提高充氣效率 由于天然氣的燃燒溫度比汽油高300多度會造成發(fā)動機水溫高、排氣溫度高、進氣溫度高進氣溫度高后造成空氣密度小空燃比濃，發(fā)動機功率下降。燃燒溫度高熱膨脹大，這就要求發(fā)動機的氣門間隙要比原來用汽油時的大，氣門間隙調(diào)整為原車標準的上限每半年檢查一次：發(fā)動機各缸缸壓是否達到原車標準的85以上且壓力差不得超過平均缸壓的5：發(fā)動機真空吸力是否達到標準小于一0.0567MPa或大于430毫米汞拄；空濾器每十天做一次保養(yǎng)，定期更換一次：定期清理發(fā)動機水道和水箱的水垢，增大發(fā)動機的扇熱面積；定期對節(jié)氣門進行清洗保證進氣支管不漏氣：機油應(yīng)做到定期檢查，機油過多造成功率下降，發(fā)動機溫度過高，加速性能慢，氣耗高，缺機油會造成發(fā)動機磨損大，機油應(yīng)選用CNG專用機油。盡管截止到2003年底已有8萬多輛天然氣汽車在運行。但是絕大多數(shù)都是在原汽油車的基礎(chǔ)上改造而成的。許多車的天然氣供給系統(tǒng)也采用電子控制閉環(huán)系統(tǒng)，使汽車的燃料經(jīng)濟性、排放特性大為提高，但是，還是存在一個問題，即動力性下降，從而造成汽車在大、滿負荷T況下動力不足。為滿足汽車動力性的要求，大負荷工況下，以節(jié)氣門位置信號為控制信號，大負荷工況下斷氣純燒油，作為改善措施，即住小負荷工況下，燃料的供給還是按原來的模式；在負荷達到某沒定值時，由節(jié)氣門位置信號控制，使燃氣供給系統(tǒng)停止工作，同時自動切換到燃油系統(tǒng)，發(fā)動機轉(zhuǎn)成燃用汽油。具體控制系統(tǒng)如圖l所示。發(fā)動機工作在燃氣擋，小負荷工況時，節(jié)氣門開度小，信號電壓小，三極管導通，繼電器通電，常開觸點閉合，發(fā)動機燃用天然氣。當節(jié)氣門開度大到某一設(shè)定值，節(jié)氣門位置傳感器產(chǎn)生的電壓經(jīng)過運算處理后，使三極管截止，繼電器斷電，常開觸點斷開，ECU和仿真器斷電不工作。燃氣電磁閥關(guān)閉，同時，汽油泵通電運轉(zhuǎn)供油，發(fā)動機燃用汽油，其中ECU為供氣裝置的中央處理器，而模擬器在燃用汽油時，接通噴油器控制電路，保持汽油噴射系統(tǒng)的正常工作，使用燃氣時切斷汽油噴嘴的控制電路，間時向汽油ECU輸入汽油噴射模擬信號，保持汽油ECU的正常工作。3、 總結(jié)：CNG發(fā)動機，需要對原有的燃燒系統(tǒng)及其機構(gòu)進行改進設(shè)計，同時為了進一步改善其經(jīng)濟性和排放性，還需要相應(yīng)的采取一些特殊措施。比如壓縮比的重新確定、燃燒室結(jié)構(gòu)的再優(yōu)化、氣門和氣門座圈的重新設(shè)計、點火能量的改變、改善燃料供給系統(tǒng)和點火系統(tǒng)、配氣相位的改變、采用增壓技術(shù)等。參 考 文 獻1周淑慧等。中國沿海地區(qū)天然氣汽車發(fā)展模式選擇。國際石油經(jīng)濟2010，18（4）2周怡沛等。中國CNG汽車市場，發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢與策略。國際石油經(jīng)濟2009，17（10）3崔建國等。壓縮天然氣汽車改裝中的幾個問題。中國石油化工4郭宗華等。壓縮天然氣汽車的特點。煤氣與熱力2004年2月第24卷第2期5封年。天然氣汽車應(yīng)用技術(shù)。科技傳播2014（12）6楊山順等。天然氣汽車現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢簡析。城市燃氣2011（08）7彭紅濤。天然氣汽車發(fā)展中存在的問題及對策研究。煤氣與熱力2006（3）8陳基杰等。天然氣汽車的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。城市公共事業(yè)2003，17（6）9溫軍英。天然氣汽車的發(fā)展與應(yīng)用。煤氣與熱力2005（5）10林在犁等。世界能源狀況及車用天然氣發(fā)動機技術(shù)發(fā)展。柴油機2005（4）11魏繼軍等。淺談天然氣汽車的改裝和原理。科技向?qū)?012年第21期12崔樹亭。淺談汽車發(fā)動機的構(gòu)造