天然气汽车供气系统减压装置设计

西南石油大学

本科毕业设计（论文）开题论证报告

题目：天然气汽车供气系统减压装置设计

学生姓名：高艳楠

学号：03031101

专业年级：机械工程03级

院系：机电工程学院

指导教师：何畏

2007年4月12日

天然气汽车供气系统减压装置设计

一、设计的选题意义和国内外研究现状

1、选题意义：

以天然气作为燃料的汽车叫做天然气汽车。从20世纪70年代开始，国际上燃气汽车技术逐渐进入较快的发展时期。在当今社会，天然气与柴油的热值相当，但价格仅为柴油的三分之二左右，而且天然气汽车对大气的污染小，可以大大改善环境污染和能源紧缺的问题，因此，天然气汽车以其排放清洁、技术成熟、资源丰富等特点在世界范围内已得到广泛应用。但是为了提高燃气汽车一次充气的行驶里程，车用天然气一般是压缩在20MPa存储在高压汽缸里，但发动机工作时，却要求燃气压力降到1-2.5kPa进入混合器，以便与空气混合进入汽缸，因此在燃气供给系统中必须要有减压器。同时，发动机使用燃气与燃油一样，都需要按一定的空燃比向气缸内输送燃料。燃气供气系统的空燃比控制也应象燃油供给系统的一样，不随燃料箱中燃料多少而变化。由于高压气瓶中的CNG气体压力随着燃料充装和使用不断变化，要保持较稳定的空燃比控制，还要求无论瓶内压力如何变化，减压调节器也应保证进入混合器的燃气压力基本恒定，以次实现比较稳定的燃气与空气混合比控制。在CNG汽车上，减压器的作用主要是起减压和稳压的作用，所以一般称为减压调节器。

减压调节器是燃气汽车的关键部件，由于在减压过程中要吸收大量的热量，减压器上一般都设有将发动机循环水引入减压器的水套，利用发动机循环冷却水的热量加热减压器。

2、国内外天然气汽车减压装置研究现状

减压装置是针对压缩天然气(CNG)汽车结构复杂，加速时响应慢，动力损失过多的缺陷而研制的专用装置。它主要由减压调节器、动力阀、混合器、CNG闭环控制模块、脉冲闭环控制阀、油气转换开关等部分组成。具有加速性能好、体积小、重量轻、易于安装、转换方便等特点。它采用正负压双通道供气方式，解决减压调节问题；采用脉冲闭环电磁控制阀，实现缸外正压喷射供气；并解决了汽车传感信号与发动机匹配、发动机进气管的回火放炮问题。该装置主要技术性能指标：(1)动力性能。最高车速达到原车的94．4％和95．21％(国家相关标准要求≥85％)，直接挡最低稳定车速高于原车的3.45％和4.08％(标准要求≤6％)；(2)经济性能。经试验并折算，1 m3天然气在经济车速时，平均相当于1．2L 汽油的行驶里程(节省燃料40％-50％)；(3)尾气排放明显改善。经测试CO排放为0.6％(标准要求≤1.5％)，HC为50×10-6(标准要求≤700×10-6)，NO

x

为100×10-6；

CO减少97％，HC减少72％，NO减少39％，SO

2减少90％，CO

2

排放量显著降低；排

放物中基本没有微小颗粒、硫化物和有害添加物，噪声降低40％。

减压装置已在四川、重庆、甘肃、青海、新疆广泛应用，并在陕西、河南少量应用，用户普遍反映良好。而且在全球40多个国家都有了发展和推广。目前世界上已建加气站近3000座

二、主要研究内容

1、天然气汽车供气系统减压装置设计的理论分析

2、天然气汽车供气系统减压装置设计的结构设计

3、减压装置的总体设计方案优选

4、减压器原理

5、减压器组成结构设计

6、减压器总装图设计

7、减压器重要零件设计

8、减压器强度校核

三、拟采用的设计思路

根据已有原始数据，一级减压阀的输入压力为2-20MPa，而要求供给发动机的压力为负压，压力降低非常大，一级或者二级减压都不能一下就减压到规定的要求，而且减压器主要是起减压和稳压的作用，在减压过程中要吸收大量的热量，如果只采用一级或者二级减压装置，会因温度降低太多而无法达到要求，因此只能采用三级减压，才可以将输入压力降低到规定的要求。由于在减压过程中要吸收大量的热量，减压器上一般都设有将发动机循环水引人减压器的水套，利用发动机循环冷却水的热量加热减压器。

1、一级减压阀

对一级减压阀进行设计，计算出承受该压力减压阀所应该具备的基本尺寸以及基本零部件的选择，使其在一级减压阀的出口压力为0.5MPa，主要是阀口处弹簧所承受的压力，高压气体进入一级腔室，，随着一级腔压力的升高的同时，该气压将一级膜片推动并压缩主弹簧，随着压力的变化，阀口也随之开启或关闭，这样随着燃气流量的变化，一级阀跟随变化开度，保持一级输出压力在小幅度内变动趋于稳定，通过调节螺钉调整主弹簧的顶压力可以将一级腔的稳定压力控制在≦0.8MPa 范围内，在一定流量范围内稳压输出。

对于一级减压阀的设计，主要是阀室、杠杆、弹簧、阀口等组成部分的设计，在设计工程中，将会利用到《液压与气动技术手册》、《工程热力学》等方面的知识。

2、二级减压阀

一级减压阀的气体腔里的气体经减压后，减至0.5MPa后进入到二级减压阀的

气体腔，经通气孔推动二级膜片组向上压缩二级弹簧，同时压迫二级顶杆，关闭二级阀口。将气体压力减为0.2-0.3MPa，为气体进入三级减压阀做好准备。

对于二级减压阀的设计，主要是阀室、杠杆、弹簧、盖板、上档板等组成部分的设计。

3、三级减压阀

经二级减压阀出来的气体进入三级减压阀，在减压阀三级腔室随着发动机负气的变化，将三级膜片组吸向下方，膜片组推动挂钩和杠杆打开三级阀座口，阀座口的开度随着发动机吸力的变化而变化，以满足发动机不同工况所需要的燃气流量。

对于三级级减压阀的设计，主要是盖板、杠杆、调节弹簧、上档板、阀口等组成部分的设计。

现将三级减压阀的串联结构示意图表示如下：

减压调节器结构示意图

1—出气孔2—三级阀座口3—三级阀片4—三级阀盖5—杠杆6—挂钩7—三级调节螺栓8—正压弹簧9—三级膜片组10—调压螺栓11—一级上盖12—小顶板13—主弹簧14—大压板15—螺母16—平垫圈17—一级膜片18—小压板19—高压螺母20—高压密封圈21—一级阀芯22—一级滤芯23—滤芯弹簧24—进气口25—一级壳体26—加热循环水管道27—二级顶杆28—二级阀口29—二级阀片30—小三角板31—大三角板32—二级膜片33—二级弹簧34—通气孔35—负压弹簧36—二级内盖37—二级底版

设计超高压气动减压阀一般是先根据给定的设计参数和工作条件, 选择阀的结构型式, 然后进行结构参数的选择和计算。

通常给定的参数有: 气源压力、阀最大输出压力、通气能力、最大操纵力和行程等。设计和计算的内容有: 选择的结构型式, 据通气能力和工作压力确定阀的结构尺寸, 据行程和操纵力设计平衡弹簧等。