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我国天然气汽车的特点与改装维护分析

字体: 放大字体  缩小字体 发布日期:2016-08-02  浏览次数:293
天然气作为一种清洁的车用燃料,正日益受到世界各国重视。这不仅是由于天然气所具有的环保和经济方面的优势,还因为它燃料的多样化和能源供应的可靠性方面的保障作用。环顾世界上的一些国家如意大利、美国、日本、俄罗斯、阿根廷、新西兰等国,天然气汽车正在逐渐成为一门新的产业。而且从发展的趋势看,天然气汽车的应用范围将逐步扩大,最早的压缩天然气(CNG)加气站是意大利于1931年建成的,至今已有70多年的历史。我国发展天然气汽车的探索是1988年在四川南充建立第一座加气站,截止到08年1月,我国已建成加气站730多座,改造汽车30多万辆。经过对重庆、西安、成都、东营、石家庄、沧州等几个城市的天然气汽车的考察,对我国天然气汽车的特点与改装维护分析如下:
一、天然气汽车的分类
按天然气的不同形态可分为四类
1、压缩天然气汽车,简称(CNGV)。天然气经专用压缩机加压至20-25Mpa后,以气体状态充装在车用储气瓶中。
     2、液化天然气汽车,简称(LNGV)。天然气呈液态储存在专用容器中,常压下,天然气沸点温度为-162℃,液化后的天然气为标态体积的1/625,绝热容器压力为0.05-0.5Mpa。
3、液化石油气汽车,简称(LPGV)。石油气是丙、丁烷的混合物,通常是石油伴生气,天然气轻烃装置或炼油厂催化装置回收的产品,以液态储存在气瓶中。液化后的石油气为标态体积的1/250—1/300,常压下沸点温度为-42℃。
4、吸附天然气汽车,简称(ANGV)。借助吸附剂对天然气的有效吸附,将天然气储存在填充有吸附剂的储罐内。具有压力低(3-5Mpa),操作简单易行,安全可靠等优点,尚未进入商业化推广使用阶段。
按汽车结构形式可分为单一天然气燃料汽车、压缩天然气汽油两用燃料汽车和天然气柴油双燃料汽车。天然气汽车虽然因燃料种类及形态不同而有所区别,但他们都必须在原车基础上安装一套能满足各种复杂工况下正常使用的减压调节装置和气体混合装置。当然,因燃料储存压力和发动机参数的不同,减压调节装置和气体混合装置也设计成多种类型。根据调研发现,目前我国天然气汽车以压缩天然气汽车为主,占市场份额的90%以上。
二、天然气汽车的特点
A、天然气汽车的优点
1、可充分利用天然气资源,替代十分短缺的汽油、柴油。
我国的能源十分紧缺,石油的依存度约为50%需要进口,随着汽车工业的迅猛发展,缺口还得不断增加,而近几年,相继在柴达木、塔里木、陕甘宁、东海、南海发现了大型天然气气田,西气东输管线的贯通,标志着中国天然气时代已经到来,发展天然气汽车将成为调整能源结构的有效途径。
2、能有效的减轻大气污染
据统计,我国重度污染城市已达14个,其中北京、沈阳、西安、上海、广州等城市已列为世界污染最严重的城市。而汽车是大中城市的重要污染源,所占比例达50%以上。资料表明北京的氮氧化合物已连续五年超过国家有关标准,汽车尾气造成的污染,已经给人们的生活造成严重的影响。上海市曾出现了较大范围的光华学烟雾。在广州,空气污染程度超过国家规定的1.6倍,并已出现了光华学烟雾污染的先兆。天然气汽车的排气污染大大低于以汽油为燃料的汽车,尾气中不含硫化物和铅,一氧化碳降低80%,碳氢化合物降低60%,氮氧化合物降低70%。因此,许多国家已将发展天然气汽车作为一种减轻大气污染的重要手段。
3、有显著的社会和经济效益
a、可降低汽车运营成本。一辆汽车改装为压缩天然气、汽油两用燃料汽车由于油气差价的存在,每年可节约燃料费约1.1万元,如今已发展30多万辆汽车,每年可节约33亿元。
b、可代替大量汽油。按一辆中型车年行驶5万公里计算,可替代约10.5吨汽油,发展30万辆,可替代汽油315万吨。
c、可促进天然气的充分利用。过去许多的伴生气和偏远井,低产井所产天然气因不具集输价值,被白白浪费。通过发展压缩天然气,建设子母站可充分利用这些零散气。
d、可节省汽车的维修费用。汽车发动机使用天然气做燃料,运行平稳、噪音低、不积炭,能延长发动机使用寿命,不需经常更换机油和火花塞,可节约50%的维修费。
此外,天然气汽车的发展还将带动相关产业,特别是机器制造的发展,如压缩机、车用燃气装置以及储气瓶的生产,为开创新兴产业提供了机遇。
4、比汽油汽车更安全
首先与汽油相比,压缩天然气本身就是比较安全的燃料。这表现在:
a、燃点高。天然气燃点在650℃以上,比汽油燃点427℃高出223℃,所以与汽油相比不易点燃。
b、密度低。与空气的相比密度为0.48,泄漏气体很快在空气中散发,很难形成遇火燃烧的浓度。
c、辛烷值高。可达130,比目前最好的97#汽油辛烷值高得多,抗爆性能好。
d、爆炸极限窄。仅为5-15%,在自然环境中,形成这一条件十分困难。
e、释放过程是一个吸热过程。当压缩天然气从容器或管路中泄出时,泄孔周围会迅速形成一个低温区,使天然气燃烧困难。
f、中外发展天然气汽车70多年,储气瓶、减压设备及高压系统的零部件,安全系数均达到1.5-4以上。并且在控制系统中,安装有紧急断气装置。
5、可燃油、燃气、油气燃料转换方便
由于任何汽油都可在原供油系统保留不变的情况下,加装一套车用燃气装置,实现燃气、燃油两种功能。汽车对燃料适用性的增强,使一次充装油气行驶的半径加大。油气转换只需一个切断开关,任何时候都可迅速相互转换,操作非常方便。此外,压缩天然气的充装也同普通汽车加油一样简单,快速充气公需3-10分钟。
B、天然气汽车的缺点
1)汽车的输出功率略有降低。改装双燃料汽车,因要兼顾燃油、燃气两种条件,对原发动机的压缩比和燃烧室结构等均不做变动,所以在使用燃气时,汽车输出功率一般都有所下降,通常情况下,要降低5-15%。
2)整车重量增加。增加一次充气连续行驶距离的办法,是增加储气瓶,而整车的重量相应增加,轴荷分配也随之增加。通常改装一台天然气汽车,整车质量的增加值不应超过500千克。
3)天然气气瓶占用了用于其它用途的空间,如行李仓,工具箱等。
4)气瓶的充装压力较高,泄漏后风险性很大,操作不当,存在爆炸的危险因素。例如,2004年2月13日,郑州市丰庆路天然气加气站发生气瓶爆炸事故,造成1人死亡,3人受伤,烧毁汽车3辆,加气机2台,直接财产损失268625元,经消防火灾技术人员勘查,认定火灾原因是出租车在加气过程中,其车用压缩天然气复合材料气瓶爆炸起火所致。2007年10月16日下午3点50分左右,山东省东营市黄河路春河天然气汽车加气站发生气瓶爆炸事故,造成当场两人死亡,三人重伤的严重伤亡事故。
三、天然气汽车的安装
(一)车用压缩天然气装置的工作原理
压缩天然气、汽油两用燃料汽车(简称CNG汽车)是采用定型的汽油汽车改装,在保留原车供油系统的基础上,增加一套“车用压缩天然气装置”可以使用压缩天然气,也可以用汽油,油气两种燃料转换非常方便,“车用压缩天然气装置”由以下三个系统组成。
1、天然气储气系统:主要由充气阀、天然气贮气瓶、高压管线、高压接头、压力传感器及气量显示器组成。
2、天然气供经系统:主要由天然气滤清器、减压调节器、动力调节阀、混合器等组成。
3、油气燃料转换系统:主要由油气燃料转换开关、天然气电磁阀、汽油电磁阀等组成。
加气站将压缩天然气,通过充气阀充入贮气瓶至20Mpa。当使用天然气作燃料时,手动截止阀打开,安装在驾驶室内的油气燃料转换电开关,扳到“气”的位置,此时天然气电磁阀打开,汽油电磁阀关闭,贮气瓶内的20Mpa高压天然气通过高压管路进入减压调节器减压。该减压调节器装置为三级组合式结构,可将不高于20Mpa的压缩天然气逐级减压至负压,再通过低压管路,动力阀进入混合器,并与经空气滤清器进入的空气混合,经化油管通道进入发动机气缸燃烧。混合器是一个根据文丘原理设计的部件,可将发动机进气道的真空度传递到减压调压调节器内,直接调节天然气的供给量。减压调节器与混合器相匹配,根据发动机的各种不同工况产生不同的真空度,自动调节减压调节器的供气量,并使天然气与空气均匀混合,满足发动机不同工况的使用要求,动力阀是一个调节天然气管道截面积的装置,可调节混合气的空燃比,使空燃比达到最佳状态。若原油路中安装有电动油泵,只需断开油泵阀,接入转换开关油路控制阀。
油路中安装一个汽油电磁阀,其余部件均保留不变。当使用汽油作燃料时,司机将油气燃料转换开关扳到“油”的位置,此时天然气电磁阀关闭,汽油电磁阀打开,汽油通过电磁阀进入化油器,并吸入气缸燃烧。燃料转转换换开关有三个位置,当拨到中位时,油气电磁阀均关阀,该功能是专门用来用汽油转换到天然气时,烧完化油器室里残存汽油而设置的,以免发生油气混烧现象。有的CNG汽车用晶体管电动油泵代替汽油电磁阀,其性能基本相同。
(二)天然气汽车改装
车辆改装前,应进行车辆性能检查,主要检查发动机的起动性和动力性,要求发动机起动性能良好,加速灵敏,最大功率不得低于发动机标定功率的85%,否则该车不宜改装。
(1)安装天然气贮气瓶
     a、贮气瓶安装应布置合理,排列整齐。气瓶安装在汽车下部时,不得减少原车的通过性能。贮气瓶或气瓶架与汽车边缘距离不小于50mm,气瓶瓶口阀或汽车边缘距离应不小于100mm,贮气瓶安装后,应保证车辆在空载和满载状态下,转向桥负荷不小于该车总质量的20%。贮气瓶位置距发动机排气管距离不宜小于100mm,距离不足时,应设置可靠固定的隔热装置,与传动轴及万向节距离不应小于200mm。
b、贮气瓶与固定卡子间须垫厚度不小于2mm的橡胶垫,安装必须牢固,紧固螺栓应有锁紧装置,紧固力矩应符合设计要求。安装紧固后,贮气瓶及固定卡子在上下、左右、前后六个方向上应能承受8倍于充满额定工作压力的天然气的气瓶重力的静力,贮气瓶与固定卡子不得有相对位移,贮气瓶与汽车基础最大相对位移量不得大于13mm,紧固件不得松动。并且附合GB/T18437-2001标准要求。
(2)安装减压调节器总成
a、减压调节器宜安装在靠近化油器和振动较小的位置,不得直接安装在发动机上,减压调节器与混合器之间应采用软管连接。注意:减压调节器应使膜片垂直于地面安装。
b、减压调节器安装好后,将发动机的循环水管接到减压调节器的加热水道貌岸然。注意:应使压力差达到最大,保证加热水能充分循环。
     (3)安装高压管路系统
a、将三通接头装到单向充气阀上,然后将压力传感表安装到三通接头上,确保各元件安装正确,不缺件,扭紧力矩合适,连接可靠。注意:三通接头固定时,必须将铜热压紧;压力表垫密封平垫,并缠绕上生料带,以保证密封。
b、将充气阀安装在既安全又便于充气的部位。
c、安装高压管路及高压接头组件。高压管路的连接均采用卡套式管接头连接,其装配方法如下
●用管子割刀按需要长度割断高压管子,保证断面平整,断面与管子中心线垂直;
●除去管端的内外毛刺和污垢。注意:高压管表面不得有明显伤痕、凹凸、缺陷和锈蚀;
●除去管接头各零件的防锈油及污垢;
●在卡套刃口、螺纹及各接触部位涂少量的润滑油,按顺序将螺母、卡套套在管子上,然后插入预装胎具内,使管头紧靠槽底,放正卡套进行预装。在旋紧螺母的同时转动管子直至不动为止,旋紧螺母3/4圈,拆下检查咬合情况,再插入管接头体内,用力旋紧螺母1/2-3/4圈。注意:卡套刃部要面向管头,高压管与卡套的配合间隙不得大于0.4mm。组装合理,咬合良好的卡套,拆下后不应有轴向窜动,但可沿管壁稍有转动。
●管线应排列整齐、布置合理,不得与相邻部件碰撞和摩擦,管线固定卡间距不大于600mm,如管线与相邻部件接触或穿越孔板,采用橡胶衬垫保护,高压管路应采取能消除热胀冷缩和抗震作用的措施,一般采用管线弯O型或Ω型膨胀圈,管线弯曲半径应不小于管子外径的5倍。
●高压管路与传动轴向节距离不宜小于200mm,与发动机排气管距离不宜小于100mm。
●安装在驾驶室、载人车厢和行李厢的气瓶或管路接头必须在气瓶口或管路接头处设置能将泄漏气体排出驾驶室、载人车厢或行李厢外的通风口和隔离装置。
(4)安装电磁阀与电气线束
汽油电磁阀安装在汽油滤清器和输油泵之间,必要时可安装在输油泵与化油器之间。安装汽油电磁阀时线圈应向上,并远离排气管和点火系统。注意:进出口方向不得接错,并确保管路连接处无渗漏现象。所有电气部件通过线束连接。安装好各电气部件之后,按电气安装图将线束顺着原车线束铺设,并固定好,然后将各电气部件的插接件与线束相对应插接牢固。黑色线搭铁,白色线在点火线圈的高压输出线上缠绕3-5圈,并固定紧,最后将红色线搭在点火开关可控制电源上。
四、天然气汽车维护与检测
1、CNG汽车维修企业应具备的技术条件
(1)进行CNG汽车维修的作业人员需经过专业培训,经考试合格,取得行业主管部门颁发的CNG汽车维修上岗证,竣工检验人员应取得行业主管部门核准的CNG汽车检验员资格证。
(2)维修作业过程所涉及的CNG专用装置,应符合标准GB17258、GB/T18363、QC/T245等有关标准规定,气瓶的安装、运输和使用应符合有关部门的规定。
(3)CNG汽车维修企业应符合GB/T16739的规定。
2、CNG汽车维护与检测
(1)储气装置的检测
     ●气瓶检定审验有效·气瓶瓶体或附件出现裂纹、灼伤、鼓疮、渗漏或明显凹陷、膨胀、弯曲应更换·拆装、检查、紧固高压管路及接头,更换密封圈、环型卡箍,接头紧固良好,无漏气、阻塞现象,涂检漏液至少观察10s后,无气泡出现·检查各阀的工作性能及接口有无泄漏,阀门开关应灵活,紧固牢靠,阀门无泄漏,性能满足要求·压力传感器显示准确。
     (2)燃料转换及控制装置
     ●燃料转换开关及仪表、开关操作灵活、可靠·CNG电磁阀、汽油电磁阀开闭灵活可靠,关阀时密封良好、不漏气。
     (3)改装竣工检验
     ●改装竣工的CNG汽车必须经改装厂检验员检验合格,并签发改装合格证方可出厂,经检验合格的CNG汽车,其燃料转换应操作灵活,安全可靠,维修方便,整车改装后,布局合理、协调、整齐美观。·所安装的供气系统及部件应安装牢固,各管路、接头、减压调节器、混合器等都应逐项检验,确保良好,不得漏气。·在车辆运行试验中,发动机在各种转速下都应运行平稳,在车辆以30Km/h的速度紧急刹车时,气瓶不得发生位移·改装后天然气作燃料时,与用汽油为燃料时的同车相比,最大功率不低于88%,扭矩不低于92%,安全性能符合GB7258的规定。
     总之,发展天气汽车(尤其是双燃料汽车)是实现以气代油,改善能源消费结构,充分有效利用天然气资源,补充成品油供应不足,减少大气污染,保护人类环境的一项伟大事业,也是一项利国利民的新兴产业,并可取得良好的经济和社会效益,对中国未来的燃料结构和汽车工业的发展将会产生重大的影响,对提高人民生活质量、对实现节能减排目标、建设环境友好型社会具有重要意义。  来源:博燃网
 
 
 
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