清洁燃料汽车—天然气汽车.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,单击此处编辑母版标题样式,.,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,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。,1,.,1997年世界天然气汽车和加气站统计,2,.,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（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）,3,.,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。,4,.,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、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,5,.,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,6,.,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,7,.,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,8,.,二、车用天然气的物化特性,1、天然气的密度,约0.78Kg/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,9,.,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：,10,.,11,.,三、车用天然气的特点,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,12,.,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1/10,3、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%),13,.,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：,纯天然气供给系统,天然气/汽油两用燃料供给系统,14,.,纯天然气供给系统,15,.,天然气/汽油两用燃料供给系统,16,.,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,17,.,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。,18,.,天然气/汽油两用燃料,19,.,20,.,21,.,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,22,.,23,.,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。,24,.,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,25,.,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,26,.,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(20MPa)减压器(1MPa)电磁喷射器进气总管,27,.,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。,28,.,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),29,.,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。,30,.,第五节,CNGV,燃料供给系统的主要部件,主要部件：储气瓶、阀门、减压器、混合器等,1、储气瓶,材料：合金钢,30CrMo、35CrMo、,4,0CrMo,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,31,.,我国车用储气瓶多为钢瓶，标准 GB172581998,结构型式：,32,.,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,33,.,主阀：装在高压管路中。三通接头接压力表连接,34,.,充气阀：单向阀，提供气源与储气瓶之间的连接通道。,35,.,3、减压器,作用：减压（20,MPa,0.11.2,MPa,）,分类：,按结构分,集成式,单体式,按功能,单级式,多级式,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；,压力可调；,能适应发动机工况变化；,设有加热通道，防减压霜冻。,36,.,集成式减压器,两级减压器,第一级：,20MPa,0.4MPa,第二级：,0.4,MPa,0.1MPa,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。,37,.,38,.,三级减压器,天然气,阀3一级减压室4(0.25,MPa,),经通孔7二级减压室8经通孔17三级减压室(0.178,MPa,),混合器。,减压器内设置加温水套。,39,.,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。,40,.,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。,41,.,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）,42,.,混合器,43,.,喷射阀,44,.,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,45,.,6、天然气加热器,作用：防止减压过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,46,.,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,47,.,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%,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：,48,.,3000r/min时，功率：汽油89.5KW，NG：65.3KW。扭矩：汽油285NM，NG207.8NM,49,.,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,50,.,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,51,.,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.,调压站,天然气,压缩机,充气顺序程控盘,CNG,气瓶组,天,然,气,管,道,25,MPa,25,MPa,售气机,20,MPa,CNG汽车,52,.,53,.,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）,54,.,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，90%液态，10%气态。,阀门压力泄放阀：压力大于1.6MPa时开启,充填限制阀：防过量注入和超压,截止阀单向阀：,自动切断阀：泄漏时关闭汽化器,蒸发器汽化。带有加热器,调压器,混合器,55,.,56,.,LNGV供给系统示意图,57,.,三、LNG加气站,两种加气站：单一站（LNG站）、混合站（L-CNG站）,组成：LNG储罐温度-176.4,，置于地下,LNG低温泵、LNG计量和控制系统,58,.,第九节 吸附天然气汽车（,ANGV,）简介,将天然气在一定压力和温度下（一般3.56.0MPa，25,）储存在吸附剂中。,吸附剂原料：褐媒、石油焦、沥青、木质素等,特点：,1、在3.54.0MPa，25 时，吸附剂存贮NG的体积比为170190,，与CNG存储体积相当。,2、ANGV的起动、加速性能与汽油车相当。,3、经济性好于CNGV。,4、续驶里程与CNGV相当。,5、加气站成本为CNG加气站的1/31/2.,6、对储气瓶要求低，成本为CNG气瓶的1/22/3,59,.,