模块四 天燃气汽车

模块四天然气汽车重庆工商职业学院天然气汽车目录天然气汽车概述1天然气汽车结构与原理2天然气汽车的检测与维护3重庆工商职业学院天然气汽车1860年道依茨发动机厂制造出世界上第一台气体燃料发动机，1872年天然气发动机问世。20世纪30年代，意大利推出第一辆天然气汽车。到1939年，意大利已有1万辆汽车燃用天然气。前苏联早在1938年就研制出了两种压缩天然气汽车。二战后从1947年开始批量生产吉斯—156和嘎斯—51B型压缩煤气瓶汽车（燃用以天然气为主的城市煤气）。欧洲法、荷等国为补充其液体燃料不足，相继采用了压缩煤气汽车。但到50—60年代发展都很缓慢，直到1973年世界第一次石油危机以后，全世界范围内各国才对把天然气作为汽车燃料表现出了极大的兴趣，人们逐渐认识到汽车燃用天然气既经济又清洁且安全的优点。与此同时，各国都加强了天然气汽车的试验和研究。案例引入案例引入据资料报道，目前世界上拥有压缩天然气汽车和高压加气站主要分布在意大利、阿根廷、俄罗斯、美国、加拿大和新西兰等国，此外，在欧洲、南亚和拉丁美洲都有一定数量的天然气汽车。我国的天然气汽车技术在20世纪50年代就开始研究。20世纪80年代中期，我国引进了部分CNG加气站设备，在四川建立了我国第一个CNG加气站；1993年中国石油天然气总公司系统引进国外有关技术并于1996年将加气站装置和汽车改装部件引进技术国产化、技术标准规范化。1999年全国清洁汽车行动协调领导小组成立，启动了北京、天津、上海、西安、深圳等12个试点城市地区的清洁能源推广应用工作，在CNG汽车的推广应用和加气站建设方面取得了前所未有的成效。2002年北京建成投产的我国首座LNG示范加气站并引进LNG公交汽车。重庆工商职业学院案例引入重庆工商职业学院目前，全球天然气汽车驶入发展快车道，我国天然气汽车产业也得到迅猛发展，加气站和天然气汽车总量均有大幅增长。2013年，在北京举办的第十四届中国国际天然气汽车、加气站设备展览会暨高峰论坛上获悉，近一年来，我国新增加气站446座，总量达到2784座，比上年增加19%；天然气汽车新增47.3万辆，总保有量已达到157.7万辆，比上年增长40%。天然气汽车国际协会主席约翰·里昂在巴西举行的第11届天然气汽车大会上表示，在未来几年内，国际市场上天然气的供应量将大幅增加，从而促使汽车公司转而生产以天然气作为动力的汽车，取代目前大多以汽油作为动力的汽车。他指出，到2020年，预计全球将有6500万辆汽车使用天然气作为动力，占全球汽车保有量的80%。重庆工商职业学院模块四天然气汽车天然气汽车概述1天然气汽车的结构与原理2天然气汽车的检测与维护3重庆工商职业学院本章主要需要理解并学会运用以下知识：天然气汽车的发展与组成分类天然气汽车的结构与原理天然气汽车的检测与维护模块四天然气汽车重庆工商职业学院学习任务1天然气汽车概述1.车用天然气我国天然气资源储量约38万亿m3，相对石油来说也是比较丰富的。天然气主要成分是甲烷。然气的体积低热值和质量低热值略高于汽油、柴油，但理论混合气热值比汽油、柴油低。供应汽车使用的燃气必须进行加工处理。根据天然气的燃烧特性，按照国际上最常用的判别天然气互换性的华白数，将天然气分为10T、12T、13T三类。

情景1天然气汽车的发展重庆工商职业学院重庆工商职业学院情景1天然气汽车的发展2.天然气汽车的发展现状汽车尾气排放是造成城市空气污染的一个主要原因。与汽油相比，天然气汽车尾气中，CO减少90%以上，HC减少约20%，CO2减少24%，且基本不含硫化物。。近十年来，世界天然气汽车年均增长超过25%，中国天然气汽车保有量按照年均增长10%~15%。不仅在中国，全世界的天然气汽车保有量也在直线式上升。天然气汽车与同功率的传统燃油汽车相比，天然气汽车尾气中的碳氢排放量可减少90%，一氧化碳可减少约80%，二氧化碳可减少约15%，氮氧化物可下降约40%，并且没有含铅物质排出。天然气汽车与普通燃油汽车相比，在结构上主要增加了天然气供给系统。天然气供给系统由储气部件、供气部件、控制部件和燃料转换部件组成。图4.1梅赛德斯—奔驰B170NGT天然气汽车图4.2通用CAPTⅣA天然气汽车重庆工商职业学院重庆工商职业学院情景1天然气汽车的发展2.天然气汽车的发展现状国内汽车业界也紧跟国际的发展走向，越来越注重对新能源的应用。图4.32008蒙迪欧天然气汽车

图4.4帕萨特B6天然气汽车图4.5全新爱丽舍天然气双燃料汽车

图4.6比亚迪F3天然气双燃料汽车重庆工商职业学院重庆工商职业学院情景2天然气汽车的组成分类天然气汽车是以天然气为燃料的一种气体燃料汽车，天然气汽车可以按照以下方法进行分类。1、按燃料状态分类按照所使用天然气燃料状态的不同，天然气汽车可以分为：（1）压缩天然气汽车（CNGV），储气瓶内的天然气以高压（通常是20MPa）气态储存，工作时经降压、计量和混合后进入气缸，也可以直接喷入气缸或进气管。（2）液化天然气汽车（LNGV），储气瓶内的天然气以液态储存，工作时液化天然气经升温、计量和混合后进入气缸，也可以直接喷入气缸或进气管。由于天然气液化后的体积仅为标准状况下体积的1/625，储带方便，应用潜力较大。重庆工商职业学院重庆工商职业学院情景2天然气汽车的组成分类（3）吸附天然气汽车（ANGV），储气瓶内的天然气以吸附方式（压力通常为3.5～6MPa）储存，工作时经降压、计量和混合后进入气缸，也可以直接喷入气缸或进气管。2、按燃料供给系统特征分类（1）单燃料（CNG）汽车，仅使用CNG作为发动机的燃料，车辆的发动机在燃料供应系统、工作循环参数、配气机构参数等方面一般都针对CNG的物化特性进行了专门设计，因此燃烧热效率较高、经济性好。重庆工商职业学院重庆工商职业学院情景2天然气汽车的组成分类（2）CNG—汽油两用燃料汽车，一般是指具有两套燃料供应系统，一套供给天然气，另一套供给天然气之外的燃料，两套燃料供给系统可分别但不可同时向气缸供给燃料的汽车。使用中可以在两种燃料之间进行灵活切换。此类汽车与单一燃料汽车相比，由于要兼顾两种燃料的物化特性，发动机结构参数几乎不作改造，因此燃烧热效率不高、经济性一般。（3）CNG/柴油双燃料汽车，一般是指具有两套燃料供应系统，一套供给天然气，另一套供给天然气之外的燃料，两套燃料供给系统按预定的配比向气缸供给燃料，在缸内混合燃烧的汽车。CNG为主燃料，柴油起引燃作用。此类发动机结构参数也几乎不作改动，可以在单纯燃烧柴油和CNG与柴油同时混烧两种工况灵活切换。重庆工商职业学院重庆工商职业学院情景2天然气汽车的组成分类3、按燃料供给的控制方式分类（1）机械控制式天然气汽车，是指以机械方式为主控制天然气供给的天然气汽车。（2）机电联合控制式天然气汽车，是指以机电联合控制方式控制天然气供给的天然气汽车。（3）电控式天然气汽车，是指利用微机来控制不同工况天然气供给的天然气汽车。电控式又有开环和闭环之分。重庆工商职业学院学习任务2天然气汽车的结构与原理1.上海别克天然气汽车情景1天然气汽车的总体结构图4.7通用别克CNG轿车专用装置总体布置示意图1—高压截止阀2—低压截止阀3—电控单元4—加气口5—空气滤清阀6—减压调节器7—空气质量传感器8—混合器9—冷却水管10—气瓶11—气瓶手动截止阀12—安全阀13—高压管线14—油气转换开关15—手动截止阀重庆工商职业学院2.天津夏利改装天然气汽车情景1天然气汽车的总体结构图4.8夏利改装CNG汽车平面布置示意图1—气量显示器2—油气转换开关3—主气阀4—天然气滤清器5—气瓶6—气瓶座7—导气胶管8—导气大胶管（气密盒）9—油管10—汽油电磁阀11—油管12—空气滤清器13—混合器14—水管15—低压胶管16—动力调节阀17—减压阀总成18—钢管（CNG管路）19—充气阀20—高压电磁阀重庆工商职业学院3.中巴车改装天然气汽车情景1天然气汽车的总体结构图4.9福特公司改装的压缩天然气中巴汽车燃气专用装置布置示意图1—中端燃料箱2—燃料箱后置组件3—燃料充气口4—手动截止阀5—后端燃料管道6—燃料压力调节器7—前端连通管组件8—前端燃料管道9—燃料压力调节器冷却液管道重庆工商职业学院4.天然气载货汽车情景1天然气汽车的总体结构图4.10某中型货车改装成CNG汽车布置示意图1—充气阀2—气瓶3—燃油箱4—高压电磁阀5—减压阀6—加热器7—汽油电磁阀8—混合器9—空气滤清器10—压力传感器11—气量显示器12—点火时间转换器13—燃料转换开关重庆工商职业学院重庆工商职业学院一.

CNG—汽油两用燃料汽车燃料供给系统情景2天然气汽车的燃料供给系统图4.11CNG—汽油两用燃料发动机供给系统1—断电器2—点火线圈3—点火时间转换器4—燃料转换开关5—充气阀6—高压气瓶7—供气阀8—压力表9—燃气电磁阀10—调节器11—指示灯12—混合器13—空气滤清器14—压力传感器重庆工商职业学院重庆工商职业学院二.

CNG—柴油双燃料汽车燃料供给系统情景2天然气汽车的燃料供给系统图4.12CNG—柴油双燃料发动机供给系统1—报警装置2—高压减压阀3—加热器4—供气阀5—充气阀6—低压输气管7—压力表8—高压气瓶9—中压管路限压阀10—低压供气管11—供气量控制阀12—混合器13—低压减压阀

14—喷油泵供油量限位器15—燃料转换开关16—发动机17—喷油泵重庆工商职业学院重庆工商职业学院三.电控燃料供给系统情景2天然气汽车的燃料供给系统1.电控CNG—汽油两用燃料发动机供气系统有以下两种：（1）开环控制系统图4.13CNG—汽油两用燃料发动机开环控制供气系统1A—充气阀1B—供气阀1C—高压气瓶2—外套管3—高压输气管4—喷油器5—混合器6—进气总管7—供气三通插头8—散热器9—进气管插头10—压力表11—恒温器12—减压调节器13—燃气电磁阀14—冷却液管插头15—出气管插头16—怠速调节螺钉17—空气流量计18—空气测量叶片强制开启器19—燃料转换开关20—熔断器21—点火开关22—高压线圈23—蓄电池24—点或提前调节器25—喷油器线束插接器26—模拟器情景2天然气汽车的燃料供给系统图4.14CNG—汽油两用燃料发动机开环控制供气系统原理图重庆工商职业学院重庆工商职业学院情景2天然气汽车的燃料供给系统（2）闭环控制系统图4.15CNG—汽油两用燃料发动机闭环控制供气系统1A—充气阀1B—供气阀1C—高压气瓶2—混合器3—高压输气管4—外套管5—进气总管6—喷油器7—供气三通插头8—电控调节器9—真空稳定的器10—进气管插头11—出气管插头12—冷却液管插头13—燃气电磁阀14—减压器15—恒温器16—压力表17—散热器18—怠速调节螺钉19—真空管20—空气流量计21—空气测量叶片强制开启器22—点火开关23—蓄电池24—高压线圈25—熔断器26—燃料转换开关27—燃气ECU28—氧传感器29—传感器加热器电源线30—氧传感器信号线31—模拟器32—喷油器线束插接器33—点或提前调节器情景2天然气汽车的燃料供给系统图4.16CNG—汽油两用燃料发动机闭环控制供气系统原理图重庆工商职业学院情景2天然气汽车的燃料供给系统图4.17CYTZ—100型闭环控制CNG供给系统1—主汽阀2—CNG电磁阀3—高压表4—安全阀5—低压表6—减压器7—步进电机8—混合器9—压力显示器10—ECU11—油/气转换开关12—邮箱13—燃油滤清器14—汽油电磁阀15—三元催化转换器16—氧传感器17—发动机转速传感器18—压力传感器19—钢瓶组20—充气阀21—天然气滤清器情景2天然气汽车的燃料供给系统2.电控CNG—柴油双燃料发动机供气系统图4.18CYTZ—100型闭环控制CNG供给系统电磁阀2—调节器3—功率阀4—混合器5—喷油泵6—供油齿条7—滑动挡板8—齿条控制器9—点火开关10—燃料转换开关11—冷却液温度传感器12—转速传感器13—加速踏板位置传感器情景3天然气汽车专用装置与工作原理3.电控燃气直接喷射系统

电控燃气直接喷射技术从20世纪90年代才开始研究，该系统利用燃气喷射器直接向气缸内供气，并由燃气ECU控制喷气量和喷气正时。按燃气喷射压力不同，直接喷射系统可分为高压喷射和低压喷射两种类型，高压喷射系统用在压缩自燃式的混合燃料发动机上，低压喷射用在点燃式的单燃料或两用燃料发动机上。

天然气汽车应具有的基本专用装置储气瓶、高压管线、管路接头、气压表、显示器、手动截止阀、高压电磁阀、过滤器、过流保护阀、减压调节器、低压软管、循环水管、空气燃料混合器（燃料喷射器）、发动机控制系统等。组成CNG汽车基本专用装置的主要部件，按功能可划分为三类：

（1）储气系统部件：储气瓶、充气阀、高压线及高压接头、手动截止阀、气压显示装置。

（2）燃气供给部件：天然气过滤器、减压调节器、混合器、低压气软管及循环水软管。

（3）控制系统部件：燃料转换开关、模拟器、天然气电磁阀、汽油电磁阀、空燃比调节器、电控单元。情景3天然气汽车专用装置与工作原理情景3天然气汽车专用装置与工作原理1.压缩天然气储气瓶类别钢质气瓶复合材料气瓶钢或铝内衬加环向缠绕复合材料气瓶钢或铝内衬加纵、环向缠绕复合材料气瓶塑料内衬加纵、环向缠绕复合材料气瓶优点价格便宜价格较便宜有一定价格优势，外形尺寸变化比较灵活耐蚀性好，外形尺寸灵活，安全性好缺点笨重，外形尺寸不易变化，耐蚀性差较重，外形尺寸变化比较困难，耐蚀性差耐蚀性差，价格稍高价格较高适用范围大型车等大型车辆大中型车各型车辆情景3天然气汽车专用装置与工作原理1）天然气钢瓶图4.19钢瓶瓶体结构形式a）形式Tb）形式Ac）形式S情景3天然气汽车专用装置与工作原理项目数值允许偏差公称水容积V/L30,40,50,60,7080,90,100,1200~5%公称外径D0/mm219,229,232,245267,273,335,425—1%~1%表4—6钢瓶的公称水容积和外径情景3天然气汽车专用装置与工作原理图4.20钢瓶型号组成情景3天然气汽车专用装置与工作原理二、减压调节器

由于车用气瓶中的CNG压力随着燃料的消耗不断变化，因此要想保持稳定的天然气与空气的混合比例，则需要安装减压调节器。减压调节器可以保证在车用气瓶内的压力发生变化时进入混合器的天然气压力基本恒定。根据减压后的输出压力的大小可以把减压调节器分为：负压输出的减压调节器和正压输出的减压调节器。其结构和工作原理如下。情景3天然气汽车专用装置与工作原理1、负压输出的减压调节器图4.21负压输出的减压调节器1—先导阀2—天然气滤清器3—主通道4—低压出气管5—通大气口6—加热水道7—三级减压阀8—怠速电磁阀9—二级减压阀10—一级减压阀11—高压电磁阀情景3天然气汽车专用装置与工作原理2、正压输出的减压调节器图4.22正压输出的减压调节器1—二级阀片级阀座2—顶杆3—二级调压器膜片组4—通道5—三级调压器膜片组6—调压螺栓7—三级调压弹簧8—二级调压弹簧9—通道10三级调压弹簧11—三级调压杆12—三级阀片及阀座13—压力调节器输出接口14—安全阀总成15—高压阀芯16—膜片组17—调压弹簧（1）一级减压器（2）二级减压器（3）三级减压器情景3天然气汽车专用装置与工作原理三、混合器

混合器的作用是将空气和天然气按一定比例混合，形成一定浓度的可燃混合气，并能根据发动机转速和负荷的变化，增减混合气的供应量，以适应发动机在起动、怠速、加速等不同运行工况下正常运行的需要。目前在CNG汽车燃料供给系统中有两种原理的混合器，一种是文丘里式，另一种是比例式。情景3天然气汽车专用装置与工作原理1、文丘里式混合器图4.23典型文丘里式混合器结构图a）装配图b）壳体c）芯子情景3天然气汽车专用装置与工作原理图4.24功率调节阀a）功率调节阀组装图b）双管混合器配的功率调节阀情景3天然气汽车专用装置与工作原理2、比例式混合器图4.25CYTZ—100型两种比例式混合器外形图a）标准型混合器b）内置式混合器情景3天然气汽车专用装置与工作原理图4.26比例式混合器工作原理示意图a）起动运行时b）停止工作时1—接空气滤清器出气口2—接进气口3—动力调整螺钉4—怠速空燃比调整螺栓5—防爆皮碗N6—阀芯7—管道E8—膜片组情景3天然气汽车专用装置与工作原理四、加气口图4.27加气口a）带排气螺钉的加气口b）双向对称加气口1—排气螺钉2—防尘塞3—截止阀手轮情景3天然气汽车专用装置与工作原理五、天然气汽车各种截止阀及高压管路1、CNG车用气瓶瓶口阀图4.28瓶口阀1—高压管接头2—手动截止阀3—安全阀4—气瓶接头情景3天然气汽车专用装置与工作原理2、高压管线及高压接头图4.29高压管线

图4.30卡套式管接头

情景3天然气汽车专用装置与工作原理3、手动截止阀图4.31手动截止阀1—量孔2—三通接头3—阀体4—密封块5—弹簧6—阀芯7—螺母8—手轮9—加长轴10—心轴11—螺帽12—垫圈13—膜片14—螺帽15—垫圈16—接头情景3天然气汽车专用装置与工作原理4.加气口图4.27加气口a）带排气螺钉的加气口b）双向对称加气口1-排气螺钉2-防尘塞3-截止阀手轮情景3天然气汽车专用装置与工作原理五、天然气汽车各种截止阀及高压管路1、CNG车用气瓶瓶口阀图4.28瓶口阀1-高压管接头2-手动截止阀3-安全阀4-气瓶接头情景3天然气汽车专用装置与工作原理2.高压管线及高压接头图4.29高压管线4.30卡套式管接头情景3天然气汽车专用装置与工作原理3.手动截止阀图4.31手动截止阀1-量孔2-三通接头3-阀体4-密封块5-弹簧6-阀芯7-螺母8-手轮9-加长轴10-心轴11-螺帽12-垫圈13-膜片14-螺帽15-垫圈16-接头情景3天然气汽车专用装置与工作原理4.天然气滤清器六、气压显示器装置及油气转换开关情景3天然气汽车专用装置与工作原理图4.32压力表和气压显示器/油气转换开关外形图a）压力表b）气压显示器/油气转换开关情景3天然气汽车专用装置与工作原理七.电控天然气汽车供给系统主要元件1.功率阀图4.33双步进电动机功率阀1-微控电动机2-主控电动机情景3天然气汽车专用装置与工作原理七.电控天然气汽车供给系统主要元件2.模拟器图4.34模拟器工作原理a）电压驱动式喷油器b）电流驱动式喷油器情景3天然气汽车专用装置与工作原理七.电控天然气汽车供给系统主要元件3.点火提前调节器图4.35国产PICK-UP510型点火提起调节器1-点火提前切换点调节钮2-点火提前指示灯3-线束接插口4-设置开关情景3天然气汽车专用装置与工作原理七.电控天然气汽车供给系统主要元件4.燃气喷射器图4.36国产HSV电控低压燃气喷射器1-导线2-衔铁3-线圈4-极靴5-推杆6-阀体7-球阀8-阀座情景3天然气汽车专用装置与工作原理七.电控天然气汽车供给系统主要元件4.燃气喷射器图4.37天然气-柴油组合式喷射器1-气体针阀2-柴油针阀3-柱塞4-电磁阀5-供油/回油通道学习任务3天然气汽车的检测与维护1.维修分级与周期1）维护分级（1）日常维护（2）一级维护（3）二级维护2）维护周期情景1天然气汽车的检测与维修

行驶里程/km维护级别7500150002250030000375004500052500一级维护☺

☺