富康轿车CNG两用燃料改装工艺设计开题报告

1.本课题的目的及意义，国内外研究现状分析

1.1 课题目的及意义

1.1.1课题目的

随着汽车工业的快速发展以及汽车保有量的不断增加，汽车工业在给社会带来重大变革的同时，也带来了能源危机、大气污染等严重问题。发展代用燃料汽车已经成为节能与环保的有效途径之一。研究表明，天然气汽车排污大大低于汽油、柴油为燃料的汽车。CO可降低80%，HC将下降60%，NOX降低70%，且尾气中不含硫化物。因此，发展CNG两用燃料汽车，对汽车进行CNG两用燃料改装，也是一种减轻大气污染的重要手段。对汽车进行CNG两用燃料的改装，除了其环保能源优势之外，还有多方面的社会经济效益，将带动相关产业，为开创新兴产业提供了机遇。

CNG是清洁燃料，在发动机应用中相对于汽油燃料具有排放性好和经济性高的优势。而且我国的天然气储量巨大。在汽车中应用CNG燃料，可以充分利用现有的资源，减轻汽车的尾气排放并提高车辆运营的经济性。 限于我国汽车工业的发展，专用的CNG燃料发动机尚不多见，CNG加气站等配套设施也不完善。因此借助汽油机进行CNG燃料的应用研究，开发CNG和汽油两用燃料的发动机系统具有重大现实意义。

对汽车进行CNG两用燃料的改装，可以充分利用丰富的天然气资源，改善能源的消费结构，缓解石油能源之不足，减少环境污染， 获得良好的经济效益和社会效益，对未来中国的燃油结构和汽车工业的发展将会产生重大影响。

1.1.2课题意义

世界天然气资源丰富。截至2015年底，世界常规天然气可采资源量为567.5万亿立方米，累计产量99.3万亿立方米；非常规天然气可采资源量为583.9万亿立方米（其中致密气98.9万亿立方米、页岩气224.1万亿立方米、煤层气52.9万亿立方米、水合物气184.0万亿立方米、水溶气24.0万亿立方米）。《中国天然气发展报告（2017）》指出，2016年中国天然气产量1369亿立方米，比上年增长1.7%。其中，页岩气产量79亿立方米，比上年增长72%，煤层气地面抽采量约45亿立方米，较2015年略有增长，煤制天然气产量21.6亿立方米，比上年增长15%。截至2016年底，全国累计探明常规天然气地质储量11.7万亿立方米，累计探明煤层气地质储量6928.3亿立方米，累计探明页岩气地质储量5441.3亿立方米。中国资源禀赋的特点是“富煤、缺油、少气”。

国家发改委等十三部委联合发布《加快推进天然气利用的意见》指出，将以燃料清洁替代和新兴市场开拓为主要抓手，加快推进天然气在城镇燃气、工业燃料、燃气发电、交通运输四大领域的大规模高效科学利用。《意见》明确，到2020 年天然气在我国一次能源消费结构中的占比将达到10%，到2030年力争提高到约15%。国家发展改革委和能源局发布《天然气发展“十三五”规划》指出，到2020 年，我国天然气综合保供能力应达到3600 亿立方米以上，天然气消费占一次能源消费比例达到10%，大力发展天然气产业，逐步把天然气培育成主体能源之一。

《能源发展战略行动计划（2014-2020年）》提出：实施绿色低碳战略，大力发展天然气 “提高天然气消费比重”，“到2020年，天然气比重达到10%以上” 。“稳步发展天然气交通运输，结合国家天然气发展规划布局，制定天然气交通发展中长期规划，加快天然气加气站设施建设，以城市出租车、公交车为重点，积极有序发展液化天然气汽车和压缩天然气汽车，稳妥发展天然气家庭轿车、城际客车、重型卡车和轮船。”《2016年能源工作指导意见》：“积极推进天然气高效利用”，“完善交通领域天然气利用技术标准，加强加注站规划建设，积极发展以天然气为燃料的交通工具。

结合世界天然气现状以及中国天然气发展规划布局，发展天然气汽车已为必然。在目前能源危机四伏，减排压力巨大和物流成本高企的背景下，“以气代油”的呼声已经越来越高，作为清洁能源，天然气，在汽车上的应用将成为未来趋势。

在天然气汽车中，必不可少的便是发展CNG两用燃料汽车。发展CNG两用燃料汽车，不仅顺应了国家发展天然气的政策号召，还可以充分利用丰富的天然气资源，改善能源的消费结构，缓解石油能源之不足，减少环境污染。截止2016年12月底，中国天然气汽车的保有量为557.6万辆，其中LNG汽车26万辆，故对汽车进行CNG两用燃料的改装具有巨大的市场。在汽车改装中，CNG两用燃料改装技术已经非常成熟，即在汽油车基础上加装一套CNG专用装置和气瓶，并不改变原车结构，加装工艺与原装车雷同，技术上几无难点。以城市出租车和家用轿车为代表的CNG小型乘用车改装，安全环保，易于“油改气”，成本也较低。对汽车进行CNG两用燃料的改装，可以充分利用天然气资源，替代十分短缺的汽油、柴油，成为调整新能源结构的有效途径；能有效减轻大气污染，改善大气环境，对每个人都有好处。当对汽车进行CNG两用燃料改装后，可降低汽车的运营成本，可代替大量汽油，可促进天然气的充分利用，可节省维修费用，可减少油品的长途运输费用。对汽车进行CNG两用燃料的改装，可使汽车具有良好的安全性，压缩天然气（CNG）在车辆上储存、传输和加注是在严格的管道内进行，不会泄漏，即或是有泄漏现象发生，由于天然气比空气轻，在空气中遇微风而被驱散，加上天然气燃点高达700^oC左右，不易形成可燃混合气，所以汽车用天然气不易产生火灾事故，比用汽油安全。

1.2国内外研究现状

随着人类社会现代化程度不断提高，全球对汽车的需求量日益增加，汽车给人类带来方便的同时亦带来了严重问题。汽车消耗大量石油资源加剧了石油短缺的危机，同时汽车运行所排出的大量有害气体对环境造成严重污染。就解决能源危机及环境污染两大问题，全球各地正积极开拓使用洁净能源之一的天然气作为车用燃料。天然气汽车以其高效率、低污染为主要特点，已成为汽车产业发展的必然选择。目前天然气汽车在全球各地的市场上发展活跃，尤其是压缩天然气（CNG）汽车。CNG汽车的技术发展已达至相当成熟的阶段。天然气发动机经历了三代技术，第一代产品是机械式，第二代属于简单闭环控制，第三代采用电控喷射CNG技术。

1.2.1 国外研究现状

国外最早出现的天然气汽车是在19世纪末，由于技术较为落后，将天然气以普通大气压的形式填充在大气包中，这种原始的方法仅仅适用于贫油地区的小规模使用，由于受到储存装置的限制，很快被淘汰使用。目前，全世界拥有燃气汽车的国家，主要分布在天然气资源丰富的意大利、新西兰、阿根廷、巴西等国家和环保法规严格的美国、日本等国，这些国家的CNG改装技术也属于国际领先地位。

目前，全球已有近70多个大型汽车制造公司研发及生产CNG汽车，如宝马、通用、本田、沃尔沃等。制造商同时生产轻型骄车及重型货车，CNG汽车改装装置和CNG气瓶的生产量不断增加。在天然气汽车发展及改装技术方面，美国制定了一系列的发展天然气汽车计划和扶持政策，美国的天然气工业得到了极大的发展，美国的天然气汽车改装技术已日益成熟，比如微电脑多点喷射系统、家用小型充气机等多种高质量产品。意大利在国内率先推广使用了改装天然气汽车，意大利天然气改装技术已经非常成熟，这得益于意大利国家健全的法律和超前的环保意识，意大利已成为世界上大气污染程度最低的国家之一。由于日本是一个资源非常贫乏的国家，石油与天然气都非常匮乏，日本发展天然气汽车的主要目的是为了环境保护，因此日本政府大力发展天然气汽车，为天然气汽车改装和安装天然气设备提供经济支持，改装技术也相对比较成熟。

1.2.2 国内研究现状

我国天然气汽车保有量迅速，天然气汽车技术得到了长足发展。天然气发动机和其他关键部件基本已经实现了国产化。在大型城市，天然气汽车已经大规模应用，取得了良好的经济效益和环境效果。截止2016年12月底，中国天然气汽车的保有量为557.6万辆，其中LNG汽车26万辆。

目前，在CNG汽车改装方面，我国企业实现了第三代电喷 CNG 发动机批量生产，自主开发出电控单元、天然气喷嘴、减压器等燃气汽车专用装置。在气瓶的研发、生产方面，我国掌握了 CNG 及LNG 全系列气瓶的生产制造技术。压缩机、加气机、储气装置、净化装置等加气站设备已全部国产化，国产设备市场份额占 90%以上。随着加气站设备、供气转换装置等关键零部件的自主开发生产，为我国天然气汽车改装的规模化发展提供了重要支撑。我国CNG两用燃料汽车改装技术也趋于成熟。

2.本课题的任务、重点内容、实现途径

2.1课题任务

1、收集文献资料，了解行业动态，制定研究设计方案

收集资料齐备；调查研究充分；设计思路清晰。

2、撰写开题报告

开题报告规范；设计思路清晰。

3、车用天然气发动机燃料供给系统技术分析

行业现状及发展趋势分析充分、数据正确；车用天然气发动机燃料供给系统应用类型分析全面、概念正确。

4、车用压缩天然气燃料供给系统关键部件结构与原理分析

结构准确无误、工作原理正确。

5、绘制关键部件装配图

制图规范、装配关系正确、技术要求全面。

6、富康轿车压缩天然气两用燃料汽车改装方案设计

改装原则明确；改装方案操作性强；设备选型符合工作性能要求；布置合理且规范。

7、绘制改装系统安装布置图

制图规范、布局合理、联接关系清晰。

8、富康轿车压缩天然气两用燃料汽车改装工艺设计

改装工艺流程合理；工艺卡编制规范；技术要求正确；数据可靠。

9、专业外文资料翻译：Proceedings of International Symposium on Internal Combustion Engine (2007, Shanghai)    

独立完成、内容正确、文字通顺。

10、编写设计说明书

格式规范、内容充实、文字流畅、结论正确。

2.2重点内容

1、车用天然气发动机燃料供给系统技术分析

 包括国内外行业现状及发展趋势分析；车用天然气发动机燃料供给系统应用类型分析。

2、车用压缩天然气燃料供给系统关键部件结构与原理分析

 包括CNG储气瓶、减压阀、混合器或喷气阀、控制系统、转换系统等。

3、富康轿车压缩天然气两用燃料汽车改装工艺设计

 包括改装原则制定；改装方案设计；改装工艺流程设计；改装工艺卡编制。

2.3实现途径

1、广泛收集文献资料，到学校图书馆和市图书馆查阅资料，借阅有关此次设计的书籍；网上关注CNG两用燃料汽车的动态，掌握与设计课题有关的资料。

2、到各CNG汽车改装公司走访，向相关工作人员咨询，了解CNG两用燃料汽车改装的知识，改装公司实地走访收集CNG两用燃料汽车改装的资料。

3、将收集的资料进行整理，认真学习收集的资料，掌握重点有用知识，向专业老师请教，弄懂改装的过程。

4、学习掌握有关CNG汽车改装过程中的拆装工艺，弄懂整个拆装过程，制定一个最佳的拆装工艺设计。

5、确定车型，选择一款富康轿车进行设计，确定该款富康轿车的参数配置。

6、确定各主要改装部件的安装位置，保证各部件安装位置可靠。

7、确定管路连接布置的原则，确定各部件的连接方式，绘制改装系统安装布置图。

8、确定安装的具体技术要求和具体的工艺过程，查阅工艺设计相关资料，制定合理的改装工艺流程，对各工艺流程进行设计，保证技术要求，编制工艺卡片。

3.完成本课题所需工作条件（如工具书、计算机、实验、调研等）及解决办法

3.1走访调研

到各CNG汽车改装公司走访，向相关工作人员咨询，掌握CNG两用燃料汽车改装的知识，收集CNG两用燃料汽车改装的资料学习掌握。

3.2使用笔记本电脑绘图

在此次设计中，必然要绘制各零件图及装配图等，所以要熟练掌握电脑制图，以保证设计的顺利进行。利用笔记本电脑完成绘图工作。

3.3掌握CNG两用燃料汽车知识及动态

通过文献参考和网上动态了解CNG两用燃料汽车，掌握改装设计的有关知识。

3.4 学习有关工艺设计方面的知识，确保能独立完成改装工艺设计。

3.5参考文献

[1]林在犁. 压缩天然气/汽油两用燃料汽车的改装原则[J].汽车研究与开发,1999,增刊:18-21.

[2]邵毅明.压缩天然气汽车改装与维修[M].北京：人民交通出版社,2004.

[3]林在犁,车用天燃气燃烧特性分析[J].内燃机，2002,1(96):40-42.

[4]黄海波.天然气汽车技术 [M].北京：石油工业出版社,2000.

[5]石宝珩. 天然气机构造与使用[M].北京：石油工业出版社,2007.

[6]陈家瑞.汽车构造[M].3版.北京：机械工业出版社，2015.

[7]细川武志.汽车构造图册[M].北京：人民交通出版社.2006.

[8]何太平.LNG载货汽车设计、使用与维修[M]. 北京：机械工业出版社,2014.

[9]傅成昌，傅晓燕.天然气机构造与使用[M].北京：石油工业出版社,2007.

[10]边耀璋.汽车新能源技术[M].北京：人民交通出版社,2003.

[11]陆际清，刘峥，庄人隽.汽车发动机燃料供给系与调节[M].北京：清华大学出版社,2002.

[12]张金柱.新能源汽车技术[M]. 北京：机械工业出版社,2014.

指导教师意见：（对本课题的深度、广度及工作量的意见、对设计结果的预测，并明确是否可以开题）