硕士论文-燃气汽车燃料消耗量试验方法的研究

河北工业大学硕士学位论文燃气汽车燃料消耗量试验方法的研究姓名：赵清申请学位级别：硕士专业：车辆工程指导教师：王金刚;李宏光20061001河北工业大学硕士学位论文i燃气汽车燃料消耗量试验方法的研究摘要汽车作为现代化交通工具，在促进经济繁荣发展的同时，也给人类赖以生存的环境带来严重污染，同时造成石油资源的日益短缺。燃气汽车既具有其燃料能够替代石油能源的可能性，又具有很好排放性能的特点，再次成为汽车工业发展关注的热点，业内人士亲切地将之称为“清洁汽车”或“绿色汽车”。燃气汽车习惯上是指以天然气和液化石油气取代汽、柴油的汽车。随着燃气汽车的发展，燃气汽车的燃料经济性及其检测手段的准确性越来越受到人们的广泛关注。汽车燃料的经济性通常是指发动机燃料的经济性，一般通过燃料消耗量来评价，它是汽车使用经济性能的重要评价指标。在对燃气汽车燃料消耗量试验方法进行研究的基础上，开发出一套测量精度高，适用性好的燃气消耗量测量系统，并对测量系统及其试验数据进行了分析验证。主要研究工作包括：分析了天然气和液化石油气的组分及其相关特性，确定以压缩天然气为主要研究对象，并对压缩天然气汽车的燃料存储、供给特点进行针对性的分析。在分析国内外气体流量测量方法及其测量设备的基础上，结合燃料和燃气汽车的自身特点，选择确定以科里奥利质量流量计为主体，利用质量法进行燃气消耗量的测量，同时选择确定其它硬件组成，完成测量系统的硬件设计。根据现代通信控制理论和相关设备的通信技术手册，开发出基于Modbus标准串口通信协议的通信和控制软件，实现计算机与系统硬件设备间的通信和控制，并在WindowsXP系统中的VisualBasic6.0环境下进行编程，完成了系统的软件开发。将测量系统装车并进行车载道路试验，获取试验数据并对其进行了分析处理，验证测量系统运行时的准确性和适用性，同时对试验影响因素进行分析，提出克服或减少这些影响因素的具体措施。关键词：燃气汽车，燃料消耗量测量系统，试验方法燃气汽车燃料消耗量试验方法的研究iiSTUDYONTESTMETHODFORFUELCONSUMPTIONONGASAUTOMOBILEABSTRACTAsthetrafficimplementinmodernsociety,whilepromotingeconomydevelopment,automobilebringsseverepollutiontoourenvironmentreliedon,atthesametime,incurstheseriousscarcitytopetroleumresources.Thegasautomobile,whichiscalled‘CleanAutomobile’or‘GreenAutomobile’friendly,hasthecharacteristicsofsubstitutionforpetroleumandexcellentemission,soastobepaidmoregreatattentionagaininthefieldofautomobileindustry.Customarily,thegasautomobileistheNGorLPGvehicle,whichfuelsubstitutesforgasolineordieseloil.Withthedevelopmentofgasautomobileanditsdetection,thefueleconomyanditsdetectingmethodarefocusedgreatly.Generally,astheimportantevaluationsystemofvehicleusingeconomy,thefueleconomy,thatistosay,theenginefueleconomy,ismeasuredbythefuelconsumption.Inthisthesis,thetestmethodforfuelconsumptionongasautomobileisfocusedtostudy,asetofhigh-precision,good-applicabilitymeasurementsystemisexploited,andthemeasuringdatafromsystemisanalyzedandvalidated.Indetail,thefollowingisthat.First,thecomponentsandrelativecharacteristicsofNGandLPGisanalyzed,CNGisconfirmedtobethemainobjecttostudy,thestorageandsupplycharacteristicsoffuelonCNGvehicleisexplained.Basedonthemeasurementmethodofgasanditsdeviceinternationally,contactedwithfuelandgasautomobilecharacteristicsbythemselves,CoriolisMassFlowmeterisconfirmed,andthemassmeasurementmethodformeasuringgasflowisadopted,atthesametime,otherdevicesisconsideredtomakecertain,sothat,thehardwaredesignofthemeasurementsystemisachieved.Combinedwiththemoderntheoryoncommunicationcontrolandsomerelativetechnologymanuals,asuitofsoftwareoncommunicationcontrolbetweenPCandsystemdevicebasedonModbusserialcommunicationprotocolisexploited,andthewindowprogrammeisbroughttosuccessintheinterfaceofVisualBasic6.0,WindowsXP.Finally,byon-boardroadtest,theveracityandapplicabilityofthemeasurementsystemwhilerunningareprovedaftercalculatingandanalyzing,andsomeeffectfactorsfortestareput河北工业大学硕士学位论文iiiforward,resultintheparticular-solvingmeasuresofconqueringorreducingthosefactors.KEYWORDS:gasautomobile,fuelconsumption,testmethod河北工业大学硕士学位论文1第一章绪论§1-1燃气汽车概述1-1-1替代燃料及燃气汽车的出现汽车作为现代化交通工具，在促进经济繁荣和发展、提高人民生活水平的同时，也给人类赖以生存的环境，特别是城市大气环境带来严重污染，使人们的身心健康受到严重威胁。以著名的光化学烟雾为例：美国洛杉矶在40年代初就有汽车250万辆，每天消耗汽油1600万升，向城市空气中排放出大量石油烃废气、一氧化碳、氮氧化物和铅烟等[1]。这些排放物在阳光作用下，发生光化学反应，生成淡蓝色光化学烟雾。这种烟雾中含臭氧、氧化氮、乙醛和其它过氧化物，滞留在市区久久不散。1943年的光化学烟雾使得大多数居民患病，65岁以上老人死亡400余人。类似洛杉矶的污染事件在欧美为数甚多的大城市都相继发生过，日本东京也在1970年7月18日发生了一次光化学烟雾事件[2]，受害人数高达6000余人。随着城市空气污染问题的日益突出，汽车排放污染也越来越受到人们的关注。在我国，近几年随着汽车、摩托车数量的猛增，机动车排气污染造成的一氧化碳、氮氧化物及碳氢化合物在大气中的含量远远高于其他空气污染物的含量。以北京为例，昀近研究结果表明[3]，大气中碳氢化合物的73.5%、一氧化碳的63.4%、氮氧化物的46%来自机动车排放，特别是非采暖期机动车排气的污染所占的比例更高：碳氢化合物占79.1%、一氧化碳占80.3%、氮氧化物占54.8%。由于机动车的排放位置低，接近呼吸带和采样点，实际对环境浓度的分担率高达70%以上。尽管北京市机动车保有量比国外大城市少一些，但单车排放的污染物比国外同类机动车高几倍甚至十几倍，机动车排气污染已超过国外一些大城市，而且全市机动车增长的速度极快，车辆总数居全国之首。机动车尾气排放的氮氧化物、一氧化碳日益严重，主要街道路口，人行横道上这两项污染物全部超标，并且呈逐年增长之势。国内其它一些大中城市的环境监测也反映出同样类似的问题。在环境污染日益加剧的同时，越来越多的燃油汽车投入使用，已经造成石油资源的严重短缺。据统计[4]，当前世界各种类型的汽车总共约有八亿多辆，至2005年底，我国民用汽车保有量突破3000万辆，达到3160万辆，预计到2010年将增至5000万辆。世界石油组织预测[5]，按照现在汽车增加的速度测算，预计到2030年，世界汽车总保有量将达到10亿辆；按照目前人类消耗石油的速度，全球已探明的石油资源储量仅能支撑40至50年，即使世界石油地质储量再增加50%，昀多也只能开采60年。我国石油资源储量约34亿吨，目前年均消耗约1亿吨左右，若我国工业化水平提高，石油消耗量燃气汽车燃料消耗量试验方法的研究2肯定超过目前水平，所以我国石油资源昀多只能开采30年。因此，早在1998年地质矿藏部就将石油资源列入2000年紧缺产品之一，如果不及早采取措施，石油资源很有可能在不久的将来面临枯竭。因此，众多国家都在积极为汽车探寻新的替代燃料，研究各种清洁能源。燃气汽车----这种其燃料既能替代石油能源，又具有很好排放性能的汽车，再次成为汽车工业发展关注的热点之一。1-1-2燃气燃料的特点及燃气汽车1.燃气燃料的优缺点汽车内燃机所使用的燃料，除常用的汽油、柴油外，还可以使用诸如天然气（NG）、液化石油气（LPG）、氢气、生物沼气以及甲醇、二甲醚、生物柴油等代用燃料。综合环保、储量、价格等方面的因素，经过多年试验研究及实践表明，在这些代用燃料中，天然气和液化石油气是被公认的首选代用燃料[6]。二者具有以下方面的优点：⑴国内外储量丰富，产量呈逐年上升趋势，相关产业的发展也非常迅猛。⑵二者在常温下均为气态，且以气态的方式进入汽车内燃机后，与同相的空气均匀混合，燃烧比较完全，可大幅度降低一氧化碳和炭氢化合物的排放量，较彻底地改善微粒排放带来的污染问题。⑶以天然气和液化石油气为燃料的发动机，运转平稳。由于燃气燃料中不存在汽、柴油所含有的胶质，因而燃烧中则不会产生胶质所产生的积炭；由于二者硫含量和机械杂质均远低于汽、柴油，故二者对汽缸、活塞等零部件的危害较小，使用性能和安全性也优于汽、柴油。⑷二者的辛烷值均高于汽油（天然气的辛烷值约为130，液化石油气的辛烷值在100左右，而高级汽油的辛烷值在96左右[7]），故二者抗爆性能好，无需添加剂或加铅抗暴剂，有利于提高发动机性能。⑸目前国内外天然气、液化石油气的价格远低于燃油价格，因而燃气的燃料经济性好。当然，它们也具有一些缺点，如压缩天然气存储在高压（额定压力为20MPa～25MPa）储气瓶中,这些气瓶导致汽车自重加大，空间减少，同时限制了汽车的续驶里程；气体燃料的混合气热值较低，与同排量的汽油机相比，使用天然气和液化石油气将使发动机功率有所下降；若气体燃料以双燃料或混合燃料并存的形式应用于汽车，则需增加燃气的储存、供气等相关系统，使整车成本增加，等等。2.燃气汽车的含义及特点通常我们把以天然气和液化石油气取代汽油、柴油的汽车称之为燃气汽车。对于部分取代汽油、柴油的汽车称作双燃料或两用燃料燃