天然气车的维护与修理共46页.docx

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天然气车的维护与修理共46页

天然气车的维护与修理

压缩天然气汽车结构、原理

   一、燃气汽车分类

  按汽车使用燃料、形态和方法不同，燃气汽车可按下图所示分类：

         天  液化天然气汽车（lngv）  单燃料燃气汽车

         然  压缩天然气汽车（cngv）

 燃     气                            两用燃料燃气车

 气     汽  吸附天然气汽车（angv）

 汽     车                            双燃料燃气车

 车          液化石油气汽车（lpgv）

   二、燃气汽车术语

cngv—压缩天然气汽车英语单词的缩写。

将天然气多级加压至20-25mpa后，以气态储存，以最高压力不超过20mpa充装储在车载高压气瓶中，以气态天然气作燃料的汽车。

简言之就是用压缩天然气作为燃料的汽车。

lngv—液化天然气汽车英语单词的缩写。

将天然气经-162℃的低温，深冷液化，储存在车载绝热气瓶中的天然气作为燃料的汽车。

液化天然气密度较气态天然气大得多，有一次充装车辆续行里程长、车载小的优点，但液化天然气对制气储存、充装有较高的特殊要求，改装成本高，汽车应用的比较少。

angv—吸附天然气汽车的英语单词的缩写。

利用以中压状态储存在吸附罐内活性碳中的天然气作为燃料的汽车。

lpgv——液化石油气汽车的英语单词缩写。

是以储存车载气瓶中的液化石油气作为燃料的汽车。

单燃料燃气汽车——仅使用cng或lpg中的一种作为发动机的燃料，不再使用其他燃油或代用燃料的汽车。

此类车辆的发动机在燃料供应系统、工作循环的参数、配气机构参数等方面，针对cng或lpg的物化特性进行了专门设计，因此，燃料的热效率高，经济性好。

两用燃料燃气汽车——具有两套燃料供应系统（其一为cng或lpg），燃气和燃油两种燃料之间可以进行切换的一类车辆。

不能同时使用两种燃料。

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做改造，一般是在用车的改装，因此燃烧效率低。

双燃料燃气汽车——燃用cng或lpg与柴油混合燃料的汽车。

此类车辆用cng或lpg为主燃料，柴油起到引燃作用。

此类发动机结构参数几乎不做改动。

  三、天然气物化特性

 天然气简称ng，是多种烃类物质和少量的其它成分组成的混合气体。

天然气最主要成分是甲烃（ch4）。

天然气分为气田气和油田伴生气，随着产地的不同，甲烷成份所占体积在85%-97%之间变化，在物化性质上存在着一定差异。

  1、密度

  通常状态下，甲烷是一种非常轻的气态物质。

常温常压下，甲烷的密度只相当空气的55%（甲烷密度/空气密度=0.55）。

天然气密度约相当于空气的60%。

常温常压下，甲烷密度：

0.71kg/m3,天然气密度约为0.78kg/m3（随着各地天然气组成成分的不同，密度有所差别）。

  由于天然气密度远远小于空气，当天然气从输管或储气容器中泄漏到空气中，天然气将向上移动，迅速扩散到空气中。

由于这一特点，天然气的安全性优于汽油等大多数燃料。

  2、热值

  热值是车用压缩天然气的主要质量指标。

（1）低热值（有效热值）

  汽油：

     44.4mj/kg

  轻柴油：

   42.5mj/kg

  天然气：

   50.05mj/kg

  液化石油气：

46.4mj/kg

  燃料的热值：

  是指单位燃料在热量计中燃烧后所测得的热量。

由于燃料燃烧中的h2o（水）在冷凝过程中放出的潜热，包括在量热计所测的数值中，所以测出的数值称为高位热值（对应于从高位热值中减去这部分潜热后的有效热量，称为低热值）。

（2）混合气热值

  天然气为50.05mj/kg，汽油为44.4mj/kg，就质量热值来讲，天然气的热值比汽油高12%左右。

但它们进入气缸后形成的混合气的热值，由于燃烧所需要的理论空气量不同，如每公斤汽油完全燃烧的理论空气量为14.7kg，而每公斤天然气完全燃烧的理论空气量为16.7kg。

但天然气进入气缸的空气量受结构的限制，每次进入气缸的空气量所许供给天然气的重量比汽油的重量要轻。

经计算，天然气混合气的热值27.6mj/kg，而汽油混合气的热值为28mj/kg，天然气比汽油的热值要低1.5%左右。

   3、状态、沸点

   在常温常压下，天然气是一种气态物质。

沸点为－162℃，当温度达到－162℃和低于此温度时，天然气将转变为液态。

由于沸点非常低，天然气是非常难于液化的，而且储存液态天然气也是非常困难的，因此，一般以气态储存、运输天然气。

   4、颜色、味道和毒性

在原始状态时，天然气是没有颜色、味道和毒性的物质。

基于安全的原因，在生产过程中，在天然气中加入具有独特臭味的加臭剂。

当发生泄漏时，很容易发觉。

   5、混合气点火界限

   燃料和空气混合形成可燃混合气，混合气的浓度在一定范围内，才能够被点燃产生能量。

混合气过浓或过稀是难于被点燃的。

能被点燃的混合浓度范围的上、下限分别是燃料点火极限的上限和下限。

天然气具有很宽的点火界限，过量空气系数的变化范围为0.6-1.8，可在大范围内改变混合比。

采用稀薄燃烧技术，可进一步提高汽车的经济性和环保效益。

  6、自燃温度

  自燃温度是指在此温度，燃料和空气接触将会自燃并连续燃烧。

一种燃料自燃温度不是一个常数。

汽油的自燃温度220-471℃（一般取430℃）天然气自燃温度630℃-730℃（一般取650℃）。

  7、抗爆性和辛烷值

  燃料的抗爆性是指燃料在气缸内点燃烧时，避免产生爆燃的能力，即抗自燃能力，是燃料的一个重要指标。

燃料的抗爆性用辛烷值表示。

辛烷值越大，表示抗爆性越好。

各种燃料辛烷值如下：

汽油：

  70-97

lpg：

  111

天然气：

130

   天然气适宜在较高的压缩比下点燃燃烧，具有较高的抗爆性能。

因此燃用天然气的单燃料发动机可采用较高的压缩比，可改进和提高燃气汽车的动力性、经济性。

  8、起燃方式

   天然气不宜于压燃，适宜于外火源点燃，同时由于辛烷值远远高于汽油，它又适宜于在较高的压缩比下点燃。

因为它可以在较高的压缩比下点燃做功。

因此天然气可以用电火花点燃，也可用在柴油/天然气双燃料汽车上，用柴油压燃方式引燃。

  9、燃烧速度，天然气33.8cm/s，汽油39-47cm/s，比汽油慢。

  10、燃烧温度，天然气2020℃，汽油1200℃，天然气高出800℃。

   四、车用天然气技术要求

   从地下开采出的天然气不能直接用作汽车燃料，原因是由于天然气含有烯烃、硫化氢、水等杂质。

这些杂质将严重影响车辆正常运行和cng的使用。

因此，国内、外对车用压缩天然气的质量均有相应标准和技术要求。

下表是gb18047-2000《车用压缩天然气》技术要求。

车用天然气的技术要求

项目

质量指标

高位发热量mj/m3

>31.4

硫化氢（h2s）含量mg/m3

≤15

总硫（以硫计）含量（mg/m3）

≤300

二氧化碳（co2）含量（v/v）

≤3.0

氧气o2（%）

≤0.5

水露点（℃）

在最高操作压力下，不应高于-13℃

水份含量（湿度mg/m3）

≤8

  1、水份

  如果车用压缩天然气含水量过高（对天然气的燃烧，尤其是作为车用燃料十分有害），将存在二个方面的危害：

（1）当环境温度≤0℃时，天然气中的水会出现结冰现象，细小冰块在管线、钢瓶表面沉积，降低了有效容积，阻碍天然气的流动。

严重时会产生冰堵，造成管道、气瓶嘴、充气嘴等的堵塞；

（2）加速天然气中酸性气体对金属设备如钢瓶、管路装置等的腐蚀。

在天然气中，总是含有少量的酸性气体如硫化氢、二氧化碳等，这些气在气体中会电离，电离质子的存在，会腐蚀金属设备，严重时还会造成金属开裂。

  因此，天然气中水份的含量越少越好。

天然气中水份含量通常用水露点和湿度两种方法表示。

水露点是指天然气在一定压力下，天然气析出第一批露珠时的温度，露点温度越高说明天然气中含水分越高，水露点不充许超过标准。

否则，影响车辆的正常充气和使用，危及车辆安全。

   2、硫化氢

天然气虽经脱硫处理，由于种种原因，天然气中或多或少总会有有硫化氢的存在。

当天然气中硫化氢的含量过高时，会严重腐蚀钢瓶。

天然气中总会有水分，当天然气中含硫量高时，使钢瓶出现氢腐蚀，导致钢瓶氢脆（易造成爆破）国家规定硫化氢含量不得超过15mg/m3并越低越好。

  3、其它杂质

  天然气内杂质应越少越好，防止压缩天然气汽车充气时进入杂质。

  4、压缩天然气汽车充气压力规定，不大于20mpa。

   五、压缩天然气生产过程

  车用压缩天然气生产过程简述：

  天然气经输气管道输送到气站，调压到天然气压缩机所需要的进气压力，脱硫后进入天然气分离器，对天然气进行清洁处理，压缩机加压至20mpa以上脱水处理后送气库储存。

  六、天然气汽车功率，扭矩下降的原因

  跟踪我国使用天然气汽车运用动态，大多数是在原汽油机基础上改装为两用燃料车。

为了兼顾天然气、汽油两种燃料特性，发动机的结构参数几乎没有大的变化。

由于以下几种主要原因，其功率、扭矩有所下降。

  1、充气效率低

  充气效率低是指实际进入气缸的空气与应该充满气缸的空气量的比值，充气效率是衡量气缸在进气末了时，填充程度的参数。

在燃用汽油时，汽油是以液态形式进入气缸，液态颗粒状的汽油在化油器候管占的空间较小，空气通过量相对较大。

汽油进入进气管后受热气化形成混合气，故充气效率高。

而天然气是以气态的形式进入气缸，占据了部分空间，空气通过量相对减少。

另外，混合器安装在化油器上面，增加了进气阻力，减少进气量，天然气比汽油充气效率大约低10%-13%，使发机动力性受到影响。

  2、混合气热值低

  天然气混合气热值比汽油混合气低1.5%左右。

  3、热效益较低

  由于cng火焰传播速度较汽油火焰传播速度慢（cng为33.8cm/s,汽油为39-47cm/s），其主燃期相对增长约18%，故热量传导损失增大，热效率相对降低。

  七、提高发动机动力的措施

  根据天然气的特性，改进发动机结构，可提高发动机的动力。

  1、提高压缩比

  理论及实践证明，提高气缸的压缩比是增加发动机动力的重要手段。

作为两用燃料汽车，按经验压缩比可提高到8；使用天然气单燃料，则压缩比可提高到10左右。

  压缩比愈大，压缩终了的压力和温度高，点燃后燃烧速度也愈快，膨胀作功也愈充分，因而发动机热变功效率愈大，经济性提高。

必须注意的是，如果汽油机压缩比过大，将产生爆燃，出现“敲缸”现象，使机件负荷增加，甚至损坏机件。

  一汽发动机厂针对重庆鼎辉燃气装置，开发了ca6102n系列发动机，随着压缩比的增大，发动机的燃烧特性有了较大的改善，见下页表：

发动机型号

压缩比

最大功率

功率变化率%

扭矩变化率%

最低燃耗率g/kw.n

ca6102

6.75

汽油

99kw

372n.m

（1200-1400r/min）

天然气

74kw

-25

-14

+30%

ca6102n-2

7.4

天然气

91kw

-8

-6

+20%

  2、提高充气效率

  主要手段为：

增大进气管载面积；改善进气管弯曲状；降低进气管内壁粗糙度；增大气门直径；增大气门升程；增加气门个数等降低进气阻力。

降低进气温度（进排气管分离），采用进气增压等增加进进气密度，这些方式只有造制厂家才能做到。

在用汽油车的改装，我们能做的是，改造混合器