我国天然气汽车发展趋势的研究本科毕业设计论文课件

本本科科毕毕业业论论文文 题题目目名名称称： 我我国国天天然然气气汽汽车车发发展展趋趋势势的的研研究究 学学 院院： 交交通通建建筑筑工工程程学学院院 专专业业年年级级： 04 级级交交通通运运输输 学学生生姓姓名名： 都都 衡衡 班班级级学学号号： 04-02-06 指指导导教教师师： 张张恩恩元元 二 00 八年 六 月 六 日 摘要 - -I 摘要摘要 随着全球汽车工业的迅速发展，汽车每年要消耗大量的石油资源并排放出大量的有 害气体，各国政府已经认识到了能源的不足和生态环境的污染，提出了可持续发展的经 济发展战略。天然气汽车的使用是未来新能源汽车中较为成熟的技术，与其他新能源相 比有着明显的优势，文章讲述了天然气汽车的特点和我国天然气汽车的发展现状，分析 了我国发展天然气汽车的必要性，就能源问题和环保问题，针对性地讨论了我国大力发 展天然气汽车的可能性，并提出了一些解决问题的方案，同时为我国发展天然气汽车提 出了可行的应用建议。 关键词关键词 天然气汽车，能源，天然气汽车技术 北华大学本科毕业论文 - -II Abstract With the rapid development of the global automobile industry, the car consumes a large amount of oil resources and emits a lot of exhaust each year.Governments have recognized the shortage of energy and the pollution of the ecological environment, they offer the strategy of economy development of sustainable development .The usage of natural gas vehicles are the fairly mature technology in the futuer of new energy cars.Compared with other energy it exists a clear advantage.This paper describes the characteristics and the currend situation of natural gas vehicles,analyses the necessity of developirg natural gas vehicle,discusses the possibility of developing natural gas vehicles on the basis of source problems and environmental problems,offers some solutions and suggests some viable proposals for developing natural gas vehicles in our country. Keywords Natural Gas Automobile；Energy；Natural gas vehicle technology 目录 - -I 目录目录 摘要摘要 .I Abstract.II 1 绪论绪论.1 1.1 天然气汽车的定义 .1 1.2 天然气汽车的发展 .1 1.2.1 国外天然气汽车的发展状况1 1.2.2 国内天然气汽车的发展状况2 1.3 发展天然气汽车的必要性 .2 1.3.1 能源的短缺2 1.3.2 环境的污染3 1.3.3 良好的经济性3 2 天然气汽车技术天然气汽车技术.4 2.1 天然气的特性 .4 2.2 天然气汽车的特点 .4 2.2.1 天然气汽车存在的优点4 2.2.2 天然气汽车存在的缺点6 2.3 天然气汽车改装 .6 2.3.1 天然气汽车的构成7 2.3.2 汽油车改为 CNG 汽车7 2.3.3 柴油车改为 CNG 汽车8 2.4 天然气汽车加气技术 .8 3 天然气汽车发展存在的问题及对策天然气汽车发展存在的问题及对策.11 3.1 天然气汽车功率下降的原因及对策 .11 3.1.1 发动机功率下降的原因11 3.1.2 提高天然气汽车功率的措施11 3.2 天然气汽车的腐蚀与早期磨损及解决问题的措施 .12 3.2.1 天然气汽车磨损的原因12 3.2.2 减少腐蚀和磨损的措施13 3.3 发展天然气汽车所遇到的社会问题及解决问题的方法 .14 3.3.1 发展天然气汽车所遇到的社会问题14 3.3.2 解决问题的方法14 4 我国天然气汽车的发展趋势我国天然气汽车的发展趋势.15 结结论论.16 参考文献参考文献.17 致谢致谢.18 1 绪论 - -1 1 绪论绪论 1.1 天然气汽车的定义天然气汽车的定义 目前国外都在大力发展代用燃料汽车，全球已经实际使用的代用汽车燃料有： 压缩燃天然气 (CNG)、液化石油气(LPG)、甲醇、乙醇 电能等。CNG、LNG 的原料为 天然气，故称为天然气燃料，以此为燃料的汽车称为天然气汽车(NGV)。LPG 是湿天 然气的组分，并从湿天然气中回收制得的。习惯上也将 LPG 与 CNG、LNG 一起均称为 天然气燃料，汽车也称天然气汽车。天然气作为一种新型的清洁汽车燃料已经得到 了广泛的研究和应用。 1.2 天然气汽车的发展天然气汽车的发展 1.2.1 国外天然气汽车的发展状况国外天然气汽车的发展状况 随着全球汽车工业的迅速发展，汽车每年要消耗大量的石油资源并排放出大量 的有害气体，按目前人类消耗石油的速度，全球已探明的石油资源仅能使用四十年。 面对着资源的匮乏及环境的污染，国外早在十八世纪就开始致力于天然气汽车的研 究。天然气作为汽车燃料于 20 世纪 30 年代初由意大利率先利用，到 1939 年意大利 人就有 10000 辆汽车燃用天然气。前苏联在在 1938 年就研制出两种天然气汽车，战 后从 19471948 年开始批量生产吉斯-156 和格司-51B 型压缩煤气瓶汽车，但 5060 年代发展都比较缓慢。直到 1973 年第一次石油危机之后，人们才逐渐确认 了汽车燃用天然气既经济又清洁且安全等优点。目前，全球共有 486 万辆天然气汽 车。以天然气为燃料的汽车在哥伦比亚越来越受青睐，该国使用的天然气为燃料的 汽车已达到 40 万辆，成为世界上第八大天然气燃料汽车国。据德国联邦政府 2007 年透露的一组数据显示，2006 年德国天然气汽车保有量增加了 40%，天然气汽车数 量从 38993 辆增加到 54772 辆。其中，42765 辆为乘用车、10124 辆为卡车。日本燃 气协会正在致力于推广环境友好的天然气汽车事业。天然气汽车是在 20 世纪 80 年 代开始进入日本市场。从那时起，日本天然气汽车保有量稳步增长。2001 年 11 月 底，日本拥有天然气汽车数量为 10000 辆；到 2006 年 12 月底日本天然气汽车保有 量超过了 30000 辆，天然气加气站数量达 324 座。以上这些数据显示，世界各国的 北华大学本科毕业论文 - -2 天然气汽车保有量呈逐年上升的趋势。 1.2.2 国内天然气汽车的发展状况国内天然气汽车的发展状况 近年来，随着国家和人们环保意识的增强，改装天然气汽车得到很快发展。我 国 NGV 从 20 世纪 50 年代开始出现，主要采用低压气囊式。随着国民经济的迅速发 展，交通运输及农业机械对矿物燃料需求急剧增加，燃料紧缺程度加大，从 1986 年 以后我国 NGV 出现了良好的势头。目前国内使用的天然气汽车主要是由在用车改装 的两用燃料汽车。 我国于 1998 年启动“空气净化工程清洁汽车行动”后，我国天然气汽车的发展 速度明显加快。目前，我国天然气汽车保有量为 9.7 万辆，国家正式确定的清洁汽 车重点推广应用城市（地区）有 19 个。其中，北京公交集团已经拥有安装天然气发 动机的公共汽车 2759 辆。天然气汽车区域化发展模式逐步形成。 为控制机动车排气污染，重庆广泛推广压缩天然气汽车，并要求主城区新增出 租车、公交大客车均使用清洁能源，同时还加大对原来使用燃油的机动车进行压缩 天然气改造。 目前，重庆主城区 95以上的出租车和 92的公交大客车已使用压缩天然气汽 车，使得重庆天然气汽车的保有量成为全国之最，达到 4 万余量。 1.3 发展天然气汽车的必要性发展天然气汽车的必要性 1.3.1 能源的短缺能源的短缺 天然气汽车是在环境污染日益加剧，车辆逐渐增多，能源短缺情况更加突出， 天然气资源不断被开发出来的情况下提出的。 进入 21 世纪，随着国家工业经济的崛起，汽车工业的发展对全球经济起到了巨 大的推动作用。但汽车每年要消耗大量石油资源，按目前人类消耗石油的速度。全 球已探明的石油资源仅能使用四十余年。而我国的石油探明总储量为 33 亿吨。仅可 开采 22.6 年。从 1993 年起，我国就成为石油净进口国，2003 年进口 800O 万吨。 到 2020 年这一缺口将达到 30000 万吨。我国煤炭储量大省山西省照现在开采速度最 多只能开采 40 年。因此调整汽车能源结构是缓解煤炭石油资源匮乏的有效途径之一。 寻找新的汽车能源已成为当今世界瞩目的重大课题。 1 绪论 - -3 1.3.2 环境的污染环境的污染 由于汽车数量的不断增加，汽车尾气造成了严重的城市污染。近年来，我国机 动车行业发展迅速，2006 年，我国成为世界上汽车第四大生产国和第三大消费国， 汽车产量达 700 万辆，保有量 2925 万辆；2006 年我国摩托车产量达 1450 万辆，居 世界第一，保有量 5929 万辆；农用车年产量达 290 万辆，保有量 2400 万辆。在 2002 年我国机动车快速增长 38 的基础上，2006 年我国汽车和轿车产量分别增长 42 和 80，如此快速的增长在世界汽车发展史上是绝无仅有的。 随着机动车保有量的持续增长，全国机动车污染物排放总量持续攀升。来自国 家环保总局污控司的数据显示：2006 年，全国机动车碳氢化合物、一氧化碳和氮氧 化物排放量已分别达到 836.1、3639.8 和 549.2 万吨，比 1995 年增加了 2.51、2.05 和 3.01 倍。2003 年 340 个城市环境空气质量监测结果显示，能够达到 二级空气质量标准的城市不足 42，三级和三级以下的城市高达 58。北京、上海、 广州等大城市机动车排放的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、细颗粒物在大气污 染物中所占平均比例分别为 80 、75 、68 和 50，已成为这些城市空气污 染的第一大污染源。据预测，按照目前机动车的发展趋势，2010 年我国机动车排气 污染在城市大气污染中所占的平均比例将达到 79，从环境变化的趋势分析，如果 不能有效控制机动车污染，到 2020 年，我国 661 个城市中将有 400 个城市的环境空 气污染会从煤烟型转化为机动车污染型。 1.3.3 良好的经济性良好的经济性 国际上天然气贸易的历史数据及价格走势表明，天然气较燃油、液化石油气等 具有一定的价格优势，而且国家发展和改革委员会能源研究所等单位在 2006 年中 国天然气发电政策研究综合报告中指出：“尽管天然气价格也受国际能源供需形 势的影响，但影响没有石油大，按等热值计算，天然气(包括 LNG)在价格上比石油 有优势” 。同等热量下，天然气价格较原油低 30左右，因此推广使用液化天然气 汽车具有一定的经济效益。 北华大学本科毕业论文 - -4 2 天然气汽车技术天然气汽车技术 2.1 天然气的特性天然气的特性 天然气以甲烷为主要成分，随产地的不同，甲烷的含量为 83%99%，由于组成 的变化，理论混合比、发热量也将发生差异，常见的天然气特性主要有以下几点： 一.密度低，天然气的密度一般为 0.80 kgm,而汽油蒸汽密度为 5.09 kg/m，可见，天然气密度远比汽油蒸汽小，而且低于空气密度，泄漏的气体很快会 在空气中散发，不容易形成爆炸气体； 二.甲烷的沸点为-162，与常温下处于液态的汽油与柴油的搬运和存储方法有 很大的差异； 三.天然气的辛烷值为 130，十六烷值为 0，所以只能点燃，不能压燃； 四.燃烧完全，天然气本身是气态，与空气混合均匀，燃烧完全，不结炭，可提 高热效率 10以上； 五.天然气的热值高，是人工煤气的 2.3 倍，因而比人工煤气耐用； 六.天然气的杂质含量极少是洁净能源，其燃烧所造成的污染仅为石油的 1/40、煤炭的 1/800； 七.来源丰富，按近几年的勘察情况看，天然气的储量比汽油的多，世界上的天 然气大约可以开采 60 年，而石油大约可以开采 40 年。而我国的天然气可以开采上 百年，而石油只够开采 20 年。 2.2 天然气汽车的特点天然气汽车的特点 2.2.1 天然气汽车存在的优点天然气汽车存在的优点 天然气作为汽车能源的突出优点是：汽车发动机不必做大的变动就可直接使用， 而且由于天然气的主要成分是丙烷和丁烷，它们在发动机内可以充分燃烧，与使用 汽油车相比，天然气汽车颗粒物排放几乎为零，NO、CO 和 THC 的排放也显著降低， 从而使汽车所排放的有毒气体成分大大低于汽油发动机和柴油发动机汽车。天然气 的价格比汽油便宜，约是汽油的一半。 一.热效率高 2 天然气汽车技术 - -5 天然气的辛烷值比汽油高，高达 130，燃用天然气比燃用汽油时许用的压缩比 高 24 个单位，相应的理论热循环热效率可以提高 712。此外，天燃气与空 气的混合气形成质量比汽油与空气的好，燃烧的完全度高，有利于热效率的提高。 二.燃料价格较低 如果 l 立方米售价为 3.4 元，而汽油 l 升为 5.3 元 按热值算，l 立方米天然气 相当于 08l 升汽油，因此天然气要比汽油便宜。压缩天然气汽车是城市公交车及 出租车改装的首选车型，下面以出租车为例说明压缩天然气汽车的经济性。如果出 租车的改装费用为 4000 元，压缩天然气与汽油的经济比较如表 l、表 2 所示。从表 中可以看出，使用压缩天然气后，以每日行驶 200km 计算，每日节省燃料费 44.21 元，月节省燃料费为 1300 元左右，改装费用可在 3 个月左右收回，则以后每年可节 约燃料费 10000 元左右。从此可以看出，使用压缩天然气的经济性是非常良好的。 表 1 小轿车使用压缩天然气、汽油的比较 燃料种类 单车日行驶 里程/KM 价格 行驶 100KM 燃料消 耗量 单车日耗燃料费 用/元 单车日节约 燃料费用/元 汽油 200 5.3 元/L 10.0L106.0 天然气 200 3.4 元/m 9.1m61.8844.12 表 2 压缩天然气、汽油热值比较 燃料热值价格按热值计算价格/（元MJ） 汽油 43.11MJ/L 5.3 元/L 0.122 天然气 36.22MJ/m 3.4 元/m 0.093 三. 排污少 天然气的燃烧比较完全，故排放物当中 CO 比汽油低 9O，HC 低 5O，微颗粒 低 40。天然气的热值低，燃烧温度较低，故排放浓度小 30，天然气中含 X NO 硫量极少，低 70，铅的排放也几乎为零，在发热量相同时排气中的低 2 SO 2 CO 23。 四.发动机使用寿命长 1）天然气含硫量少，所以燃烧后的硫化物腐蚀性减轻，提高了寿命； 2）天然气以气态供入气缸对气缸壁的冲刷作用小，对润滑油的污染轻，使损害 减轻。 北华大学本科毕业论文 - -6 五.维修费用少，可减少 50 1）天然气以气态形式存在不会稀释液态的润滑油，使换油周期增长，1 万公里 可换润滑油一次。 2）天然气燃烧完全，所产生的积炭少，使火花塞、活塞环寿命增长。 六.怠速及过度工况运行稳定性好 不存在汽油所面临的汽油雾化、蒸发、管壁油膜等不稳定因素的影响，混合气 浓度易于满足工况要求。 七.使用天然气更安全可靠。NGV 系统设有紧急切断、安全放散；充装限制、超 流量自动截止等装置，不易泄漏和爆炸燃烧。天然气汽车可以像汽油车一样安全运 行。 2.2.2 天然气汽车存在的缺点天然气汽车存在的缺点 一.动力性较低 天然气与汽油相比，混合气的热值低(天燃气空气混合气热值为 336MJm，汽油空气混合气热值为382MJm)，动力性下降20。 二.储气瓶占用空间较大 lm常压天然气装入2OMPa的储气瓶中，约占5 L 容积，而与之等热量的汽油 0.81Kg只占1.1L容积，CNG所占容积等于汽油的4.5倍。要保证相同续驶里程，天然 气汽车的储气瓶的体积要比汽油箱就要大许多，同时增加了布置上的难度。 三.汽车用户的初期投资较大 天然气汽车的一些部件如储气瓶、安全阀等成本较高。对于采用较多的两用燃 料汽车，在原车的基础上则要增加一套数千元到数万元人民币不等的天然气改装供 气系统部件。 四.建站费用较高 全世界的天然气汽车多达480多万辆，建成的加气站约有3000多座。建一座加气 站约需500l000万元人民币，要推广天然气汽车，必须要有完善的加气网络，因此 需要投入大量的资金。 2.3 天然气汽车改装天然气汽车改装 天然气可以用压缩天然气（CNG）和液化天然气（LNG）的方式在内燃机中加以 利用，由于天然气汽车的沸点很低（-162） ，液化困难，所以目前大部分以 CNG 的 2 天然气汽车技术 - -7 方式利用。在 CNG 的利用方面，目前以在用车改装为主，而改装的车辆又以汽油车 为主。 2.3.1 天然气汽车的构成天然气汽车的构成 CNG 汽车一般是在原汽油车上增装高压天然气储气瓶、充气阀、减压调节器、 天然气空气混合器、燃料选择转换开关，点火提前角调节器、电磁阀及配管接头等 部件组成，成为两用燃料汽车。 一.高压天然气储气瓶 视汽车类型设置不同规格和个数的储气瓶，如客车设五只气瓶，每支水容积 5OL，长度 1.67m，重量 60.4 kg，工作压力 20MPa，可充气 11.5m。 二.充气阀 用来给储气瓶充气的装置。内装止回阀，只允许气体进入，而不能外泄。在充 气嘴孔的下端有一微型开关，用电线与发动机起动开关相连。当充气嘴插入时，微 型开关自动断开，可避免启动发动机。 三.减压调节器 减压调节器为铝合金铸件，可经三至四级减压把 20MPa 的高压气减至 0.05MPa 或负压，然后输送到天然气空气混台器。 四.天然气空气混合器 混合器是将天然气与空气按最佳比例均匀混合，使天然气充分燃烧。 五.燃料转换开关 该开关安装在驾驶室内，只有汽油和天然气两档，司机可方便地任意选择一种 燃料。 六.点火提前角调节器 因天然气的辛烷值比汽油辛烷值高，燃烧时间充足才能完全燃烧，故天然气的 点火提前角一般比汽油提前 11l6。反过来，如按天然气给定的点火提前角，当 汽油燃烧时会出现爆燃现象。因此，安装点火提前角调节器可以保证两种燃料完全 燃烧。国外为电脑自动控制，可使系统达到天然气与空气最佳混合，使其完全燃烧。 2.3.2 汽油车改为汽油车改为 CNG 汽车汽车 使用天然气作为发动机燃料的工作原理与原来的汽油机相同，将高压气瓶中储 北华大学本科毕业论文 - -8 存的天然气经过减压后送到混合器中与空气混合，然后进入气缸。点火时仍然使用 原汽油机点火系统中的火花塞点火，原汽油机的压缩比不变，结构基本不变，只是 另外加上天然气的储气瓶、减压阀及相应的开关，改装费用较低，而且仍可分别使 用汽油和天然气两种燃料。虽然天然气的抗爆性能好，允许在较高的压缩比下工作， 但在改装时为了原发动机仍能使用汽油工作，故原发动机的压缩比没有改变，使用 天然气时发动机的功率要损失 10% 20%。为了减少功率损失，而在改装时提高压 缩比，并改变点火提前角以适应天然气的工作需要，虽可减少功率损失，但再用汽 油工作时会产生爆震，甚至不能工作，所以改装时一般不改变发动机的压缩比。汽 油车改装的天然气汽车操作非常简单，只需将燃料选择开关置于天然气一侧，高压 天然气就从气瓶中经高压管线送到减压阀，经过两级或三级减压将天然气压力降至 接近大气压，进入混合器与空气混合后进入发动机，经火花塞点火即可工作。气瓶 中的压力不足时，要及时到加气站加气，一般加气后气瓶压力应达到 20MPa，汽车 可行驶 250km 左右。 2.3.3 柴油车改为柴油车改为 CNG 汽车汽车 柴油车的改装有两种方法：一是原柴油车的结构不变，按电点火方式改装，即 按汽油机的工作原理工作，把原来柴油机的燃料系统全部去掉，压缩比降低到天然 气能工作的数值。装上天然气燃料系统和电子点火系统，成为只燃烧天然气的单燃 料天然气汽车。该方法比较简单，技术也比较成熟，但不能再用柴油工作，而且发 动机功率损失较大，只有原来柴油机的 65%70%第二种方法是原柴油机燃料系统不 变，再加上上述天然气燃料系统，一般压缩比不用改变。发动机气缸吸入空气和天 然气的混合物后，由原来的柴油喷嘴喷入少量柴油用于引燃。柴油压燃着火后，点 燃天然气和空气的混合气进行工作，通常称这种车为柴油/天然气双燃料汽车。双燃 料的工作方式不仅不会损失功率，而且由于天然气的燃烧性能好，还能比原来的柴 油机的功率略有增加，实验证明，在高负荷运行时天然气可替代 80%左右的柴油。 2.4 天然气汽车加气技术天然气汽车加气技术 天然气汽车技术主要分为给汽车充气的加气站和汽车增装的天然气供给及减压 系统。 一天然气汽车加气站的现状 CNG 加气站按加气能力可分为大型、中小型和移动式加气站。据统计，现在国 2 天然气汽车技术 - -9 外有 3OO0 多座加气站，其中以俄罗斯、意大利、美国和新西兰等国的发展最为典型。 俄罗斯有加气站 187 座，分为大型站(可日加气 500 辆车，配备 900mh 压缩 机 5 台，加气柜 8 套)，中型站(可日加气 3O0 辆车，配备 900mh 压缩机 3 台，加 气柜 6 套)，小型站，另有综合站、汽油、柴油的混合站)加气站的技术设备水平为 中等。 美国自 l99O 年通过清洁大气条例修正案后，在原有 3.2 万辆 CNGV 的基础上， 以每年 5%10%的速度增长。到 1997 年底，美国已有 CNGV 加气站 l102 座，4 万辆 CNGV。加气站加气方法由以慢充为主发展到快充以及快、慢充结合法，加气站的规 模也视各地的具体情况有大、中、小型之分，配备的压缩机在 2128MPa 出口压力 下，每小时压缩天然气 34 3400m。 美国 CNG 加气站一般建在靠近天然气管网的地方，加气站系统具有先进的自动 化及天然气压缩设备，并为地方政府所认可。在远离天然气管网的地方建 LNG/CNG 加气站，即由附近的天然气液化厂运来 LNG，直接为 LNGV 加注 LNG，或由 LNG 汽化 后为 CNGV 加气。此时，甲烷纯度极高，十分有利于确保发动机的性能，提高其寿命， 减少维修费用。另外，美国也有加装 CNG、汽油和柴油的综台站。 在新西兰，由于政府的鼓励和天然气价格的优势，天然气汽车自 1979 年以来发 展速度很快，曾达到 387 座加气站和 l5 万辆 CNG 两用燃料汽车的规模 其加气站一 般配备 2OOm/h 的压缩机，利用多组系统储存 CNG，电子装置操作电磁阀和圆顶装 载机，控制组与组间的自动顺序充气，储存气体的利用率由 30%提高到 70%，并保证 加气站高峰时所有车辆几分钟内快速加气。 为了满足在没有天然气管网的地区使用和发展 NGV，国外天然气汽车子母站应 运而生。一套子母站系统包括母站、转运车、子站三部分。最广泛采用此形式加气 的国家是意大利、新西兰、美国、澳大利亚、马来西亚、印尼也正在增加子母站系 统的使用。 二加气站一般有来气处理调压计量装置、天然气增压压缩机、CNG 储气钢瓶 组、充气顺序控制系统、加气机五部分。 1）来气处理调压计量装置 视来气气质条件可将气体分离、干燥、脱硫、脱油以满足车装天然气气质标准。 合格天然气需进行计量和调压以保证进气压力平稳并防止超压。 2）天然气增压压缩机 北华大学本科毕业论文 - -10 目前增压压缩机种类较多，国内国外都有。国外有澳大利亚、加拿大、新西兰、 意大利、美国、德国、奥地利各公司的压缩机，国内以重庆压缩机厂为主体，压缩 机大都是 v 型、四级压缩、水冷、空冷固定、往复活塞式、少油润滑。排气量 200Nm/h600Nm/h，进气压力 0.3MPa，排气压力 25MPa。 3）CNG 储气钢瓶组 为了加快充气和减少频繁启动压缩机，应储备一定体积的气量，设有 CNG 钢瓶 组。储气钢瓶组按压力并联编组宜分为高、中、低三组，容积比为 1：2：3。把储 气瓶组成这样的三组，目的是为了让储气瓶中有一组首先达到额定储气压力，也就 是先充高压组，再中压组，后低压组，最后全部达到储气额定压力。所谓的高、中、 低压组只说明充气的先后次序而已，并不代表实际压力高、中、低。 4）充气顺序控制部分 该系统能有效地实现按高、中、低压气瓶组充气。当压缩机起动后，可先向储 气瓶充气。当充气管线压力达到 22MPa 时，高压瓶组的调压阀开启，先对高压瓶组 充气，而高压瓶组压力升到 22MPa 时，中压瓶组调节阀开启，向中压瓶组充气，当 中压瓶组压力达到 22MPa 时，低压瓶组调节阀开启，向低压瓶组充气，当低压瓶组 压力达到 22MPa 时，压缩机就及时对三组瓶组充气，当瓶组压力都充到 25MPa 时， 压缩机自动停车。当汽车加气压力下降到 22MPa 时(此压力自定可调)，压缩机自动 启动，对瓶组进行补气。 5）加气机 加气机由流量计系统、计价器和加气系统组成。顺序加气系统是向两个储气瓶 剩余压力不同的 CNG 汽车同时加气装置，取气顺序正好与充气顺序相反。给汽车加 气时，先从低压气瓶组取气，当压力平衡后，再从中压瓶组取气，再待压力平衡后， 从高压瓶组取气。这样加气的优点在于当二部 CNG 汽车钢瓶剩余压力不同时，可分 别从不同储气瓶组取气，如其中一部汽车的剩余压力高于低压储气瓶时，则从中压 储气瓶组取气，而另一部则从低压储气瓶组取气。这一系统的另一优点是当汽车加 气高峰时，可以将储气瓶组的压缩气取出 58%，而同时从三组储气瓶取气时，只能 取出气量 20%。流量计可以记录瞬时流量，并累计流量。如把气价输入，在计价器 上可显示出每次加气需要的款额。 3 天然气汽车发展存在的问题及对策 - -11 3 天然气汽车发展存在的问题及对策天然气汽车发展存在的问题及对策 天然气具有来源丰富、污染小、经济性好等一系列优点，虽然存在着一些缺点 和问题，但都是可以解决的。 3.1 天然气汽车功率下降的原因及对策天然气汽车功率下降的原因及对策 3.1.1 发动机功率下降的原因发动机功率下降的原因 天然气汽车使用中的一个主要问题是发动机的功率比使用汽油时有明显下降。 据资料报道，汽车在使用天然气作燃料时，功率一般要下降 15%左右，个别时候下 降更多。功率下降的结果，一方面导致汽车重载、爬坡或加速时动力不足，另一方 面导致燃料消耗相对增加，并增加污染物排放量。天然气汽车的功率下降主要原因 在于燃料本身的特性和发动机的构造。在燃料性质方面，汽油是液体燃料，而天然 气是气体燃料。使用汽油时，液态汽油的体积与进气体积相比几乎可以忽略不计， 但用天然气作燃料时，燃料本身的体积在整个进气中占有较大比例，因此导致进入 气缸的空气量减少，充气系数下降，从而导致发动机功率下降。在发动机构造方面， 决定发动机功率的主要因素是发动机的压缩比，压缩比越大，热效率越高，有效功 率就越大。同时，压缩比越大，发动机爆震的倾向也越大。因此，发动机压缩比还 必须与燃料的抗爆性相适应。汽油的抗爆性决定了汽油机的压缩比不可能太大，但 天然气的抗爆性很好，完全可以用于压缩比较大的发动机，从而提高其功率。天然 气汽车的应用还处在起步阶段，天然气的供应远不象汽油那样普及，在这种情况下， 专门设计的天然气发动机汽车很难推广。目前投入运行的天然气汽车大多是两用燃 料汽车，既可以用天然气，也可以用汽油。这种两用燃料汽车为了兼顾使用汽油的 需要，压缩比提高较小或者没有提高。因此天然气高抗爆性的特性并未得到充分发 挥，导致发动机功率下降。另外，天然气的热值低也是影响天然气汽车发动机功率 下降的一个重要原因。 3.1.2 提高天然气汽车功率的措施提高天然气汽车功率的措施 一.提高充气系数 充气系数下降是导致天然气汽车功率下降的重要原因，从理论上讲，提高充气 北华大学本科毕业论文 - -12 系数是提高功率的一种途径。但充气系数下降是由天然气本身的性质所决定的，从 燃料方面显然无法解决这一问题，唯一的解决办法是采取进气增压措施。 二.适当提高发动机压缩比 天然气的辛烷值很高，抗爆性非常好，如果直接在汽油机上使用天然气，就不 能充分利用天然气的这种优点，提高发动机功率。如果减小发动机的燃烧室容积来 提高发动机的压缩比，就可以提高发动机的功率，在一定程度上弥补部分功率损失， 这种方法是人们通常采用的一种方法。但是，考虑到目前大部分天然气汽车都是两 用燃料汽车，发动机压缩比不可能提高太多，否则一旦换用汽油作燃料，有可能产 生爆震。因此压缩比的提高有一定限度，应根据实际情况确定。例如，原来使用 90 号汽油的汽车，改成两用燃料汽车时，可将压缩比提高到使用 93 号汽油的压缩比； 原来使用 93 号汽油的发动机改成两用燃料汽车时，可将压缩比提高到使用 95 号或 97 号汽油的压缩比。对于象城市公共汽车那样在固定线上行驶，天然气供应有保障 的汽车，应当提倡使用压缩比与天然气抗爆性相适应的单一燃料天然气汽车，充分 发挥天然气高压缩比的特点，以提高汽车发动机功率。 三.使用专用天然气汽车发动机润滑油 天然气是气体燃料，使用中不会出现发动机润滑油稀释现象，因此可以使用粘 度较低的润滑油，这样可以减少粘度造成的功率损失，提高发动机的效率。同时， 天然气汽车专用发动机润滑油可以有效防止气门、活塞环等燃烧室部件的腐蚀与磨 损，防止气缸压力下降引起的功率损失。在 CA6102 天然气发动机台架上，对使用天 然气发动机润滑油和使用 ESC30 汽油机润滑油进行了对比试验，试验表明：与使用 ESC30 汽油机润滑油相比，使用天然气发动机润滑油可以增大发动机的功率和扭矩， 降低燃料消耗率 10%左右。 3.2 天然气汽车的腐蚀与早期磨损及解决问题的措施天然气汽车的腐蚀与早期磨损及解决问题的措施 3.2.1 天然气汽车磨损的原因天然气汽车磨损的原因 汽车以天然气作燃料时，发现燃烧室部件明显腐蚀，甚至曲轴也出现腐蚀，气 门、活塞环和气缸磨损严重，与使用汽油时相比，汽车大修期通常要缩短 1/3 到 1/2。这是天然气汽车面临的另一个问题。天然气汽车出现腐蚀和早期磨损的原因是 由于天然气中含有微量硫化合物(硫化氢)，引起气缸、气缸壁的腐蚀与磨损，使发 动机动力下降，使用寿命缩短，汽车大修期缩短。 3 天然气汽车发展存在的问题及对策 - -13 3.2.2 减少腐蚀和磨损的措施减少腐蚀和磨损的措施 一.天然气脱硫 天然气汽车发生腐蚀和早期磨损的根本原因是由于天然气中含有微量硫化氢。 因此，对天然气进行脱硫处理是减少腐蚀和磨损的重要手段。但对天然气进行脱硫 处理，也很难将硫化氢完全除去，因此，天然气对发动机的腐蚀是很难完全避免的。 二.采用耐腐蚀材料 采用抗硫化物腐蚀的金属材料制造发动机也是防止腐蚀的一个重要措施。但这 种方法仅适用于新发动机的制造，对于现有发动机是无能为力的。 三.使用专门的天然气汽车发动机润滑油 使用天然气汽车发动机润滑油代替目前使用的汽油机润滑油是防止天然气汽车 发动机腐蚀的有效措施，这种方法不但简便，而且不增加成本。天然气汽车发动机 润滑油与汽油机润滑油相比具有较高的碱值，有很强的酸中和能力。5 万公里行车 试验表明，该润滑油能有效防止硫化氢的腐蚀，减少发动机磨损，延长发动机大修 期 1/2 以上。该汽车 5 万公里道路试验前、后气缸尺寸变化以及燃烧室部件腐蚀与 磨损情况分别列于表 3 和表 4。 表 3 试验前后气缸尺寸变化情况 车 号 润滑 油类 型 行驶 里程 /KM 汽缸尺寸/mm1 缸2 缸3 缸4 缸5 缸6 缸平均 试验前 0.0100.0100.0150.0100.0200.0100.013 圆 度实验后 0.0200.0300.0500.0500.0300.0300.035 试验前 0.0100.0100.0000.0100.0100.0100.008 026 ESO30 汽油 机润 滑油 43655 锥 度实验后 0.0750.0700.0700.0550.0500.0650.064 试验前 0.0200.0100.0100.0050.0100.0150.011 圆 度实验后 0.0200.0200.0200.0200.0300.0300.023 试验前 0.0300.0100.0200.0300.0300.0300.025 01852968 锥 度实验后 0.0750.0700.0500.0500.0500.0650.064 试验前 0.0100.0100.0200.0010.0050.0150.010 圆 度试验后 0.0200.0200.0200.0300.0300.0300.025 试验前 0.0100.0100.0100.0100.0000.0100.008 024 天然 气发 动机 润滑 油 51984 锥 度试验后 0.0690.0550.0400.0500.0500.0650.055 北华大学本科毕业论文 - -14 表 4 燃烧室部件蚀磨情况 燃烧室部件腐蚀及磨损情况 车 号 润滑油类型 行驶里 程/km 更换气 门次数 更换活 塞环次 数 气门腐 蚀状况 气门最大磨 损量/mm 气门平均磨损量/mm 14 )10( km 026 ESC30 汽油 机润滑油 4365511 严重腐 蚀 0.0750.0171 天然气发动 机润滑油 5296800 正常 0.0750.0141 018 0245198400 正常 0.0600.0134 3.3 发展天然气汽车所遇到的社会问题及解决问题的方法发展天然气汽车所遇到的社会问题及解决问题的方法 3.3.1 发展天然气汽车所遇到的社会问题发展天然气汽车所遇到的社会问题 我国发展天然气汽车才刚刚起步，因此，社会上普遍对发展天然气汽车了解不 多，支持不够，尤其在征地、办理审批手续、建站改车、改装车辆行驶、年检困难； 建站改车投资大，政府没有法规和经济上扶持政策，推广天然气汽车仅仅是企业行 为很难发展。 3.3.2 解决问题的方法解决问题的方法 一.加强天然气汽车管理、协调工作 天然气汽车成为一项产业，涉及政策、技术、经济、社会绪多方面，综观世界 各国发展天然气汽车的历程，均是一项政府行为，必须有主管部门进行协调与组织。 国家及地方各级政府应建立相应的组织机构。 二.政府给予适当的优惠政策 世界许多国家均颁布奖励条例，以鼓励民间企业共同开发研究，积极推广天然 气汽车，因此，建议有关部门将天然气汽车列入绿色工程计划、减免税收并给予一 定的拨款和低息贷款。 三.天然气汽车转换装置及相关设施国产化 目前，国内的天然气汽车转换装置及相关配套设施的开发与生产远远跟不上需 要。因此，有必要组成产业集团，集中力量引进和吸收国外先进技术，开发和生产 有关设备，逐步实现国产化，才能保证天然气汽车项目的顺利发展。 四.将加气站列入城市总体规划 改车与加气是两项相辅相承的工作，没有充足、方便的加气站必将影响改车的 3 天然气汽车发展存在的问题及对策 - -15 积极性，在国内大中城市土地资源普遍紧张的条件下，将加气站纳入城市总体规划 是合理布点和减少土地资源浪费的有效措施。 北华大学本科毕业论文 - -16 4 我国天然气汽车的发展趋势我国天然气汽车的发展趋势 就世界范围而言，石油的蕴藏量已经不能满足汽车日益增长的需要，我们必须 为汽车寻求新的稳定能源，天然气与其他代用燃料（如甲醇、乙醇、氢等）相比， 具有较稳定的供应源，并具有排放污染小、热值较高、成本低的优点，受到许多国 家的青睐，并被视为最有发展前途的清洁燃料。2007年9月底我国私人机动车保有量 近1.2亿辆，每年需要消耗大量的燃油，使我国的供油缺口很大。虽然我国天然气的 产量还不高，但近几年陆续探明大批可采用的油田，分布在全国15个省区的18个大 型气田其总蕴藏量在几亿立方米以上，远景产气量可跃居世界前几位，为我国发展 天然气汽车提供了有利条件。随着改善生态环境的呼声日益高涨，也更加促进了我 国加速发展天然气汽车。四川省发展天然气汽车已具规模，到2010年，全省的天然 气汽车保有量将达到10万辆。 推广天然气汽车，过去是为了解决燃油短缺的问题，现在重点是解决大气排放 污染的问题。过去的主要改装对象是汽油车，其中大部分是化油器式的汽车，现在 已逐渐发展到改装柴油车和电喷式汽车。过去的改装方向主要是气、油混燃，即两 用燃料汽车，现在已倾向于高性能的单燃天然气方向发展，无论车上转换装置，还 是加气站上设备技术都在不断的发展和提高。 发展新能源汽车，要重点发展各种液体代用燃料发动机及其混合动力汽车，发 展以天然气为主体的气体燃料基础设施，分步建设长期可持续利用的气体燃料供应 网络；以液体燃料发动机为基础，发展多种燃气动力，尤其是天然气/汽车内燃机及 其混合动力；到2020年，达到规模商业化水平；大力发展天然气汽车，发展适合中 国国情混合动力汽车。以城市公交车辆为重点，以点带面，稳步推进新能源汽车的 示范与商业化。 0 结论 - -17 结论结论 发展天然气汽车势在必行，政府应该给予大量的支持，在政策扶持方面，美国、 澳大利亚、新西兰和意大利等发展较早的国家，有很多成功的经验值得我们借鉴。 联系我国的实际情况，政府必须积极参与和支持天然气汽车的关键制造技术方面的 研究和开发，全面建设天然气汽车使用所需要的配套基础设施。政府对汽车改装成 天然气汽车实行优惠政策；对天然气汽车的使用实行税费优惠，以推动天然气汽车 的发展。对充气站实施补贴或免税政策，促进天然气汽车使用环境的改善。为加快 我国燃气汽车的健康发展，同时，由国家有关部、委组成燃气汽车领导机构，更好 地发挥政府的职能作用；建立完善我国燃气汽车的标准化和质量保障体系；国家燃 气汽车管理机构，组织有关专家择优引进适合国情的关键技术和设备并消化吸收； 尽快由改装双(或两用)燃料车过渡到能更好发挥燃气优势的单燃料汽车。 北华大学本科毕业论文 - -18 参考文献参考文献 1 姜志立.发展天然气汽车的必要性.榆林科技J，2006 年 1 期 2 周淑慧 高峰.国内外天然气汽车和加气站的发展现状及在我国的发展前景.中 国能源J，2002.11 3罗东晓 郑少芬.天然气汽车的经济性分析.煤气与热力J，2007.3 4 阎光灿 毛云龙.天然气汽车的市场发展前景.天然气与石油J，2005.5 5 郑国勇 刘凯.天然气汽车的应用情况与发展动态研究. 内燃机J，2007.5 6 彭红涛.天然气汽车发展中存在的问题及对策研究J.燃气及热力，2006.3 7 刘永进等.我国天然气汽车的发展现状及展望J.农业装备及车辆工程， 2005.3 8 苏欣 杨君.我国液化天然气汽车研究现状.天然气工业J，2006.8. 9 彭红涛.天然气汽车发展现状及对策J.汽车工业研究，2006.1 10 梁骞 厉彦忠 谭宏博. 液化天然气汽车双动力循环系统低温工程J，2007.4 11 王立安.大力发展和推广应用天然气汽车.城市燃气J，2006.11 12 王俊尉 谷晋川 谷晋川. 天然气汽车与环境资源保护，甘肃石油和化工J， 2006.2 13 阎光灿 毛云龙 罗勤.天然气汽车的市场发展前景.天然气与石油J，2005.5 14 苑新华. 天然气汽车发展前景分析.陕西汽车J，1997 年 2 期 15 王俊尉 谷晋川 杨萍.天然气汽车与环境资源保护甘肃石油和化工J， 2006.2 17 Arthur Janssen，Stephan F. Lienin, Fritz Gassmann,Alexander Wokaun ，Model aided policy development for the market penetration of natural gas vehicles in Switzerland，Transportation Research Part A 40 (2006) 316333，Received 20 December 2004； received in revised form 29 June 2005； accepted 30 June 2005 18 Anyogita, Amit ，Prakash, V.K. Jain,A study of noise in CNG driven modes of transport in Delhi ，School of Environmental Sciences， Jawaharlal Nehru University, New Delhi 110067, India ，Received 1 June 2002 ； received in revised form 9 June 2003； accepted 28 July 2003 致谢 - -19 致谢致谢 衷心感谢导师张恩元副教授对本人的精心指导。他的言传身教将使我终生受益。对于他 的热心指导与帮助，本人不胜感激。感谢交通学院老师和同窗们的关心和支持！感谢所 有帮助过我的人们！ 现在，我把自己现在，我把自己 20 多年来的班主任工作经验，总结如下，一并赠送给多年来的班主任工作经验，总结如下，一并赠送给 您，希望能帮到您：您，希望能帮到您： 让每一个学生都有辉煌的明天让每一个学生都有辉煌的明天 我的治班方略 我很欣赏一句话，那就是“教师的工作是托起明天的太阳” 。是啊， 我们今天的一切工作，不就是为了每一个学生都能拥有一个辉煌的未 来吗？那么，如何为孩子未来的发展打下良好的基础？是值得每一位 教师，尤其是班主任教师的深思。因为班主任是学校具有特殊身份的 教育者。作为班级的教育者和组织者，在班集体的发展和学生的健康 成长中起着十分重要的作用。 我从参加工作至今，二十多年来一直担任班主任工作，回忆这些 年带班所走过的每一步，品味着工作带给我的欣慰和快乐，更加坚定 了我做一名优秀班主任的信念和决心。经过多年的实践探索和学习思 考，我的治班理念已经逐渐明朗，那就是“以情育人，用爱心点燃学 生心灵的火花；