目前来看，第一种太阳能汽车一般为分比赛用太阳能汽车和实用型太阳能汽车，而占设置研发绝大比例的是比赛用太阳能汽车。图7-3-1太阳能汽车1.太阳能汽车工作原理太阳能电池板用于收集太阳光和其他形式的光，并在内部建立起电场以产生电流。目前，此类太阳能汽车的时速最高能达到100 km。太阳能汽车由于零污染、能源用之不竭，代表了汽车发展的新水平，因此被人们称为“未来汽车”。......
2023-08-20
新能源汽车概论：天然气汽车
【摘要】：图7-1-1压缩天然气汽车液化天然气汽车液化天然气是指常压下、温度为-162 ℃的液体天然气，储存于车载绝热气瓶中。目前世界上使用较多的是压缩天然气汽车，如图7-1-2。图7-1-2液化天然气汽车3.压缩天然气汽车的结构与原理压缩天然气汽车结构通常CNG 汽车采用定型汽油车改装，在保留原车供油系统的情况下，增加一套“CNG型车用压缩天然气装置”。
1.天然气汽车优点
天然气是一种无须提炼的天然气种，无色、无味（输送中加入特殊臭味以便泄漏时可及时察觉）、无毒且无腐蚀性，主要成分为甲烷（CH4）。天然气比空气轻，泄漏时会飘浮于空中，比液化石油气容易扩散，安全性比其他燃气更好。天然气作为汽车的代用燃料，其主要优点有以下几个方面。
① 辛烷值高（可达120 以上），抗爆性好，可通过提高发动机的压缩比的办法，提高发动机的热效率。
② 天然气本身是气态，与空气混合均匀，燃烧完全，不积炭，可提高热效率10%以上。
③ 对环境污染小。汽车使用天然气与使用汽油相比，排放一氧化碳（CO）减少97%，碳氢化物（HC）减少72%，氮氧化物（NOx）减少39%，二氧化碳（CO2）减少24%，二氧化硫（SO2）减少90%，苯、铅等粉尘减少100%，噪声降低40%。
④ 天然气进入发动机气缸内时是气态，对润滑油无冲刷稀释作用，有利于延长机油的使用寿命和减少机油的消耗量，发动机磨损也相应减少。
⑤ 用天然气作发动机燃料，其燃料费用是汽油车的2/3（天然气尽管其热值较汽油略低，但其价格低），且燃料燃烧完全，无积炭，无爆震，汽车使用寿命大大延长，维修费用仅为汽油车的70%。
⑥ 安全性好，天然气相对密度较空气小，为0.58，一旦发生泄漏，会很快在空气中消失。但汽油不易扩散，一遇火星易着火。
天然气的热值较汽油低，使用天然气时，如不改变发动机的结构参数，发动机的功率要下降10%～18%。但天然气的辛烷值高，可通过提高发动机的压缩比的方法来提高发动机的功率，从而弥补由于热值低带来的功率下降。天然气的着火极限较汽油宽，它可在x=0.58～1.8 的范围内着火燃烧，这样有利于燃烧稀混合气，提高使用天然气汽车的燃料经济性。按国家《燃气汽车改装技术要求》标准，燃油车可改装为燃气汽车，发动机额定功率不低于原车的85%，发动机最大扭矩不低于原车的90%，汽车最高车速不低于原车的90%，汽车加速性能不低于原车的85%，直接挡最低稳定车速不高于原车的5%，天然气额定充气压力20 MPa。
2.天然气汽车分类
天然气作为汽车燃料按照所使用状态的不同，可分为压缩天然气（CNG）汽车和液化天然气（LNG）汽车。
（1）压缩天然气（CNG）汽车
压缩天然气是将天然气用压缩机加压到20 MPa 储存在车载高压气瓶中，经减压后供发动机使用。当今世界上的CNG 汽车绝大多数是用原来的汽油汽车改装的。汽油车的改装从理论到实践基本成熟，而用柴油车改装CNG 汽车正处在试验研究阶段。用汽油车改装的CNG 汽车称为CNG/汽油两用燃料汽车，简称CNG 汽车，如图7-1-1 所示。
图7-1-1 压缩天然气汽车
（2）液化天然气（LNG）汽车
液化天然气是指常压下、温度为-162 ℃的液体天然气，储存于车载绝热气瓶中。使用时要先经过蒸发调压器汽化后，提供给发动机。目前世界上使用较多的是压缩天然气汽车，如图7-1-2。
图7-1-2 液化天然气汽车
3.压缩天然气汽车的结构与原理
（1）压缩天然气汽车结构
通常CNG 汽车采用定型汽油车改装，在保留原车供油系统的情况下，增加一套“CNG型车用压缩天然气装置”。部分CNG 车型以天然油为主，仅保留应急汽油箱，确保车辆正常行驶，大众途安、开迪天然气汽车组成如图7-1-3 所示。
图7-1-3 大众途安、开迪天然气汽车组成
天然气汽车的天然气存储与供给系统如图7-1-4所示，由天然气气瓶（带气瓶截止阀）、不锈钢高压天然气管路、气压调节器、燃气分配器、压力传感器等组成。
① 天然气气瓶。
大众途安天然气汽车上安装有四个总容积约为 115 L 的天然气气瓶。为了充分利用底板总成下方的可用空间，这四个天然气气瓶的大小各不相同，如图7-1-5 所示。
图7-1-4 天然气汽车的天然气存储与供给系统
图7-1-5 大众途安天然气汽车天然气气瓶布置与规格
四个天然气气瓶安装在两个燃料储存装置固定架上。前固定架位于后桥前面与底板总成拧在一起。在该固定架上面装有两个较大的天然气气瓶和一个应急汽油箱。应急汽油箱的容量约为 13 L。而在后桥后面的燃料储存装置固定架上装了两个较小的天然气气瓶。
大众开迪天然气汽车四个气瓶和途安天然气汽车上的布置形式一样。不同的是开迪天然气汽车上四个天然气瓶具有统一的容量（40 L），如图7-1-6 所示。
天然气汽车在天然气加注口和气瓶截止阀内分别安装了一个单向阀。单向阀的作用是在天然气加注时防止回流，天然气加注口内的单向阀工作过程如下：
天然气气瓶在大约 20 MPa 的高压下进行加注。 这个压力克服了压力弹簧的弹簧力，并将密封球阀从密封座内推出（如图7-1-7所示）。然后天然气会穿过滤网流入天然气气瓶。
如果阀门进气侧上的压力消除，则压力弹簧以及天然气气瓶内已经达到的充气压力会将球阀再次压回密封座（如图7-1-8 所示），以避免气体回流。
在每个气瓶上都安装了一个结构复杂的气瓶截止阀。气瓶截止阀由手动旋塞阀、气瓶连接螺纹、不锈钢天然气管路连接螺纹、限流装置、热敏保护装置、单向阀组成，如图7-1-9所示。
图7-1-6 大众开迪天然气汽车气瓶布置
图7-1-7 单向阀打开
图7-1-8 单向阀关闭
图7-1-9 气瓶截止阀外观
气瓶截止阀结构如图7-1-10 所示，展示了气瓶截止阀内各部件的相互作用情况。在加注天然气使其流入第一个气瓶截止阀前，天然气必须先通过一个单向阀。接着，天然气就会到达气瓶断流阀，该阀门在高压作用下被往上推。这意味着通往天然气气瓶的通道被打开，此时天然气就可以流入气瓶中。
其间，天然气会流经手动旋塞阀并通过限流装置流入天然气气瓶。
热敏保险装置通过一个细小的、单独的通道直接与天然气气瓶相连。
图7-1-10 气瓶截止阀结构
气瓶断流阀是一个电磁阀，由发动机控制单元在天然气运行模式下进行控制。这些阀是各气瓶截止阀的组成部件。气瓶断流阀用于开启和关闭通往天然气气瓶的通道。在汽车的天然气运行模式下，它们由发动机控制单元打开。在加注时，这些阀门通过天然气的充气压力打开。气瓶断流阀外观和剖面图如图7-1-11 所示。
图7-1-11 气瓶断流阀外观和剖面图
加注天然气时气瓶断流阀的工作原理如下：如图7-1-12 所示，在加注时，气瓶断流阀不通电。由于加注时的压力较高，因此阀门会克服弹簧力向上顶，从而打开通往天然气气瓶的通道。当加注过程结束时，阀门在弹簧力的作用下被往下压，从而关闭通往天然气气瓶的通道。
天然气运行模式下气瓶断流阀的工作原理：
如图7-2-13 所示，发动机控制单元向气瓶断流阀通电。在磁场的作用下，阀门被向上拉起并打开通往天然气气瓶的通道。当天然气运行模式结束时，发动机控制单元切断气瓶断流阀上的电流，此时阀门在弹簧力的作用下被往下压，从而关闭通往天然气气瓶的通道。
图7-1-12 加注天然气时气瓶断流阀的状态
图7-1-13 天然气运行模式下气瓶断流阀的状态
② 气压调节器。
气压调节器的作用是将天然气压力从20 MPa 降低至0.6 MPa。天然气减压过程是通过气压调节器内的一个减压器实现的。该减压器可以将天然气装置的高压侧与低压侧分开。气压调节器结构如图7-1-14 所示。
图7-1-14 气压调节器结构
（2）压缩天然气工作原理
CNG 汽车燃料供给系统分天然气气路、控制电路和汽油油路三大部分，充气站将压缩天然气，通过充气阀充入储气瓶至20 MPa。当使用天然气作燃料时，安装在驾驶室内的油气燃料转换电开关，拧到“气”的位置，此时天然气电磁阀打开，汽油电磁阀关闭，燃气ECU 根据发动机工况等自动控制燃料停供和转换，同时由燃气ECU、氧传感器、电控调节阀共同实现空燃比闭环控制。在电控燃气供给系统中，模拟器一般与燃气ECU 制成一体，其作用是在燃用天然气时对喷油器进行关闭控制，并产生喷油器工作正常的模拟信号输送给燃油ECU。储气瓶内的20 MPa 高压天然气通过高压管路进入减压调节器减压，再通过低压管路、功率阀进入混合器，即燃气ECU 指令根据发动机不同工况最佳空燃比的要求，通过功率阀控制步进电机或占空比电磁阀动作，改变低压输送管路流通截面，以精确控制进入混合器的天然气量。由于燃气与汽油的化学性质不同，在同一工况下的最佳点火提前角也不同，因此，需要一个点火时间转换器来满足发动机燃用燃气和燃油时对点火提前角的不同需要。点火时间转换器与油气转换开关联动，通过手动开关，统一控制油气电磁阀和点火时间转化器。
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