1、活塞连杆组故障诊断与修复 1、天然气成分 天然气是一种以甲烷(CH4)为主要成分的矿物燃料。根据产地的不同，天然气中甲烷的质量分数高达8099。其余成分是二氧化碳、氮气和低分子量烃。天然气的抗爆性极好，最高辛烷值约为140，从而可使用131的压缩比。2、天然气发动机优缺点 天然气发动机优点：天然气在点燃式发动机和柴油机上具有优异的燃烧特性和CO2、NOx、CO低排放特性。实际上，废气中不含颗粒物和含硫排放物。火花塞无积炭，减轻了机油的污染。 天然气发动机缺点：由于天然气的热值低，所以，发动机功率降低。天然气存储费用高。在同样的燃料箱容量的情况下，续驶里程缩短。1、天然气成分和优缺点 天然气的储
2、存方式有压缩天然气（Compressed Natural Gas,CNG）和液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）两种。天然气在汽车上可以以液态形式存储，或者以气态压缩的形式存储。目前,国内天然气汽车的开发中采用的主要是压缩天然气（CNG）。 压缩天然气（CNG）汽车在实际应用中遇到了如车辆行驶里程短（一般400500km的里程）、动力性、经济性不够理想、安全性能较差等问题，从而限制了其应用范围。 图11-1所示为液化天然气（LNG）重型汽车，液化天然气（LNG）汽车的续航里程长，目前LNG汽车的续航里程可以达到1100km左右，对于汽车载质量也可以进行私人定制。2、
3、天然气储存方式图11-1 液化天然气（LNG）重型汽车 1、纯度高 LNG通过深冷前的净化处理几乎除掉了天然气中的全部杂质，深冷净化处理过程中又分离出不同液化点的重烃类成分和其他气体成分，因此LNG的纯度很高，甲烷含量为97.5%99.5%，而CNG 中的甲烷含量只有81.3%97.5%。LNG燃料成分的单一性和一致性有利于发动机压缩比等设计参数的确定,避免了乙烷、丙烷等成分的爆震对发动机及其部件造成的不良影响。2、能量密度高 LNG的能量密度是CNG的3.5倍, 这表明LNG储存效率更高,可以使车辆获得较长的行驶里程,或者说在相同行驶里程的情况下可以使车辆的总质量更轻,从而比使用CNG有更好
4、的燃料经济性。同时储存效率高也使LNG更利于运输,扩大了LNG使用的地域范围。3、液化天然气（LNG） 3、更安全 LNG的储气瓶为具有绝热夹层的压力气瓶,储存温度为-162,储存压力稍高于1.0MPa,而CNG通常以2025MPa的高压储存在高压气瓶中,因此使用LNG更安全。4、排放值低 使用LNG可以充分利用其低温特性降低混合气的温度,从而降低燃烧温度,提高发动机的热效率,同时降低NOx的排放。5、响应性好 使用LNG易于使发动机对负荷变化获得更好的响应性。3、液化天然气（LNG） 1、什么是可燃冰 可燃冰，即天然气水合物，分子式为CH48H2O，甲烷含量占80%99.9%，可以像固体酒精
5、一样被点燃。一立方的可燃冰大概可以分解为164m3的天然气（图11-2），资源密度很大，目前世界各大洋的天然气水合物总资源量大约相当于全球已知煤、石油和天然气总储量的2倍，全球储量足够人类使用1100年，巨大的储量和高效清洁的特点使得天然气水合物成为可能在未来替代煤、石油的绿色能源。4、可燃冰图11-2 可燃冰的能量换算 1、什么是可燃冰 可燃冰的化学反应方程式为： 形成天然气水合物有三个基本条件：温度、压力和原材料。首先是低温,可燃冰在011时生成，超过20便会分解。海底温度一般保持在24；其次是高压,可燃冰在0时，只需30at即可生成，而以海洋的深度，30at很容易保证，并且气压越大，水合
6、物就越不容易分解。最后是充足的气源。海底的有机物沉淀，其中丰富的碳元素经过生物转化，可产生充足的气源。海底的地层是多孔介质，在温度、压力、气源三者都具备的条件下，可燃冰晶体就会在介质的空隙间中生成。4、可燃冰 2、可燃冰的分布与储量 天然气水合物在自然界广泛分布在大陆永久冻土、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。全球天然气水合物的储量是现有天然气、石油储量的2倍，具有广阔的开发前景，美国、日本等国均已经在各自海域发现并开采出天然气水合物，据测算，我国南海天然气水合物的资源量为700亿t油当量，约相当我国陆上石油、天然气资源量总数的1/2。4、可
7、燃冰活塞连杆组故障诊断与修复 车用LNG供气系统具有自增压、稳压供气、过压保护等功能，实现向发动机供应天然气。其基本要求为：（1）能在发动机各种工况下提供合适浓度的混合气。（2）天然气与空气混合均匀。（3）低温起动可靠，怠速转速运行稳定。（4）车用LNG气瓶内压力始终比发动机要求的进气压力高0.2MPa以上。（5）管路设计合理，调节方便，供气管路上的稳压阀出口设定压力比发动机要求的进气压力高0.050.11MPa；液位和压力显示系统灵敏，准确，抗干扰能力强。1、车用LNG供气系统基本要求 车用LNG供气系统是LNG汽车的核心部分，主要由车用LNG气瓶、车用汽化器、稳压阀、燃气供给装置、稳压罐、
8、安全装置等组成。液化天然气通过管路系统进入汽化器后，由发动机的冷却液加热汽化成气体，经过稳压阀，使压力降至适合发动机的需要；再通过稳压罐经电磁阀供给发动机。2、车用LNG供气系统组成 1、车用LNG气瓶 图11-3所示为车用LNG电控调压器之前供气系统结构。2、车用LNG供气系统组成 图11-3 车用LNG电控调压器之前供气系统结构 1、车用LNG气瓶 车用LNG气瓶是LNG汽车供气系统的重要组成部分，属于小型移动式真空绝热低温容器，主要由内胆、外壳、绝热结构、支撑系统和附件等组成。内胆设计温度为-196，设计压力为2.5MPa，最大允许工作压力为1.6MPa，内部设有液体喷淋管、液体排出管、
9、气体排出管等装置，外壁上缠绕多层绝热层。外壳保护内胆并对整体起支撑作用，外壳和内胆之间是密闭的真空夹套空间，夹套间填充了具有高绝热性能的玻璃棉和低热导率的铝箔等绝热材料。在夹套间设置了低温吸附剂和常温吸附剂，可保证气瓶不论在低温使用或是常温闲置时，都有良好的夹套空间真空度。LNG气瓶所有的管路、阀件都设置在气瓶的一端，并用保护罩进行保护。2、车用LNG供气系统组成 2、车用LNG气瓶必须满足的基本要求1）气瓶附件要求 LNG气瓶所有附件工作压力等级不得低于LNG气瓶的最大允许工作压力。2）绝热可靠 日蒸发率小于2%，至少可带液静置7天安全阀不开启。3）液体充装率 LNG气瓶具有合适的液体充装率
10、，由于外界不可避免有热量传入，或者由于运行中的晃动，蒸发产生的气体也不能任意排放，因此必须保证LNG气瓶有足够的气相空间，使压力升高不致过快，以保证LNG气瓶的安全静置时间。2、车用LNG供气系统组成 2、车用LNG气瓶必须满足的基本要求4）具有良好的抗冲击性能 汽车在运行过程中，由于剧烈颠簸、冲击而使气瓶内胆与外壳之间容易发生相对位移和结构变形，而LNG加注时的冲击力也容易引起内胆的晃动，为了保证运输的安全性，要求LNG气瓶具有良好的抗冲击性能。在满足绝热性能的前提下，支撑结构应尽量简化且必须有足够的强度。2、车用LNG供气系统组成 3、车用汽化器 车用汽化器是将LNG汽化并根据发动机工况自
11、动调节汽化量然后供给发动机工作的装置，一般采用水浴式汽化器，以发动机循环冷却液做热源(少量即可)，既能汽化LNG，又能有效利用废热，同时改善发动机性能。水浴式汽化器是一种典型的小型管壳式结构，串联在发动机冷却液回路上。为避免汽化器出口天然气温度过高，采用顺流换热方式，利用发动机冷却液对LNG进行加热汽化，发动机工作在不同工况下，流经汽化器的燃料流量也将随之变化，这种流量的变化主要依赖于LNG气瓶和汽化器出口的压力差。随着发动机负荷的增加，该压力差也将随之增加，从而使天然气流量也增加，反之亦然。2、车用LNG供气系统组成 3、车用汽化器 汽化器具有良好的换热性能并能供给足够的热量，需满足以下基本
12、要求：（1）汽化量（以标准状态计）。小型车11m3/h左右，大型车或重型车30m3/h左右。（2）汽化器出口温度。发动机的冷却液达到正常温度（8090）时，汽化器出口的天然气温度在530。（3）汽车行业标准压缩天然气汽车专用装置和安装要求（QC/T 2452002）规定，汽化器应安装在气瓶和发动机之间，靠近发动机进气管和振动较小的位置，但不应直接安装在发动机上。（4）汽化器一般水平放置，冷却液的流向应与LNG的流向一致，热水进出口应在上方，避免形成气阻。2、车用LNG供气系统组成 4、燃气供给装置 燃气供给装置是指汽化器后的燃气供给和控制装置，包括稳压阀、混合器和电磁阀等。当气瓶内液体温度升高
13、时，气瓶压力升高，安装在汽化器和电磁阀之间的稳压阀将天然气降至稳压阀的设定压力，从而保证进入发动机的天然气满足发动机技术要求。混合器是一种利用文丘里原理，保证空气、燃料在静态与动态下均能按正确比例混合的机械装置，混合器能根据发动机转速和负荷的变化，增减混合气的供应量，以适应发动机在起动、怠速、加速等不同运行工况下正常运行的需要，混合器一般安装于空气滤清器的空气管路上。电磁阀主要用来通断燃气，实现燃气的控制和可调，应确保车辆总电源处于接通状态而发动机没有起动时，燃气管路仍然处于关闭状态。2、车用LNG供气系统组成 5、稳压阀 一般情况下天然气发动机不能直接接受车用LNG气瓶最大允许工作压力的天然
14、气，在给发动机供气之前应对汽化器产生的天然气进行调压。因此需要在供气管路上配置稳压阀，将汽化器产生的天然气压力调到车用压力0.41.0MPa，使供气压力和流量在发动机要求的范围内。压缩天然气（CNG）由于压力高需采用三级调压，而LNG采用一级调压就可以达到发动机技术要求。 稳压阀工作温度为-196120，出口压力范围为0.31.0MPa，规格依据发动机用气流量要求决定，出口压力可根据发动机要求设定。2、车用LNG供气系统组成 6、安全装置 安全装置主要由主安全阀、副安全阀、压力表、液位计（由信号转换器和液位显示器组成）、过流阀、放空阀和止回阀等组成。气瓶内胆设计有两级安全阀，在超压时起到双重保
15、护的作用。在超压情况下首先打开的是主安全阀，副安全阀的压力设定值要比主安全阀高，当出现主安全阀失效或发生堵塞时，副安全阀立即启动。 气瓶采用电容式液位计，该系统由传感器、信号转换器和显示仪表组成。根据气瓶内的液面高度产生一个成线性比例的电信号，并传送给信号转换器，再由信号转换器传送给显示仪表。过流阀的作用是当下游(主要指汽化器之后)供气管路一旦发生破裂或断开事故时，LNG流量超过设定值，过流阀迅速切断气路，避免LNG大量外泄。放空阀是在系统检修或车辆长期停驶时用来排尽气瓶内残存的燃料。放空口一般设置在车辆外廓的最高点，且远离火源和蓄电池等部件。止回阀用于防止流体反向流动。各种阀门要求固定牢靠，
16、密封性能良好，开闭灵活有效。2、车用LNG供气系统组成 1、供气工艺 LNG用作车用燃料，储存过程中由于外界热量的传入使得车用LNG气瓶内压力持续升高，最终将导致LNG过度排放，气瓶内LNG组成也会逐渐变重，继而影响发动机的性能和寿命。为了解决压力控制和燃料输送问题，通常采用过冷工艺和饱和工艺车用供气系统。 过冷工艺车用供气系统：车用气瓶内储存低饱和压力的过冷LNG（压力为0.345MPa），同等容积所携带的燃料量大，LNG汽车的续驶里程远，但为了达到发动机系统所需输送压力（0.41.0MPa），通常需要增设增压系统来达到所需的工作压力，使系统更为复杂，经济性变差。3、车用LNG供气系统关键技
17、术 1、供气工艺 饱和工艺车用供气系统：车用气瓶内储存饱和压力的饱和LNG（压力为0.758MPa），液体密度小于过冷LNG的密度，单位容积携带的燃料略少。通常采用一个截止阀来自动控制车用气瓶的压力，无须增加液体增压设备。当车用气瓶压力高于节约阀的设定值时，节约阀打开，LNG蒸气优先输出；当车用气瓶压力低于节约阀的设定值时，节约阀关闭，只有LNG饱和液体流出。饱和工艺车用LNG供气工艺因其工艺简单、可靠、操作方便，经济性优于过冷工艺车用LNG供气工艺，在国内现有的LNG汽车上得到了大量运用。3、车用LNG供气系统关键技术 2、过压保护 如果发动机长时间不运行，LNG吸热汽化导致车用LNG气瓶内
18、压力超过最大允许工作压力，此时主安全阀（设定压力为1.6MPa）打开，超压气体经阻火器后排放至大气。如果主安全阀故障导致无法打开，车用LNG气瓶内压力会继续升高至副安全阀的设定压力（2.5MPa），副安全阀打开释放压力。当压力逐渐降低到各安全阀设定的压力值后，安全阀将自动关闭。另外，在系统检修或车辆长时间不用时可通过放空阀排尽气瓶内残存气体。3、车用LNG供气系统关键技术 3、加注技术 LNG加注技术分排放加注和无排放加注。排放加注是利用车用LNG气瓶上手动放空阀排放车用LNG气瓶内的气体，以降低车用LNG气瓶内的压力，加快加注速度。 鉴于排放加注的种种不利因素，无排放加注技术越来越受到市场的
19、青睐。无排放加注是指在加注过程中只有加注管路与低温储罐相连，其他管路都与外界无连接的加注过程。无排放LNG加注采用效果较优的轴心顶部单管直喷结构，减少充装阻力，可使气瓶内胆中的部分气相被LNG液化，以保持充装过程中内胆气相压力的相对稳定性。当大量饱和液体LNG从低温储罐进入车用LNG气瓶时，加进去的LNG直接吸收车用LNG气瓶内气体的热量，使瓶内压力降低，减少车用LNG气瓶顶部气相空间，从而提高了加气速度。3、车用LNG供气系统关键技术 4、无损储存 无损储存是低温液体储运的一个过程。低温液体的储存温度低，与周围环境有较大的温差，低温液体吸热后蒸发，为了减少蒸发气体的消耗，在储运过程中，所有的
20、阀门处于关闭状态，这就是无损储存。液化天然气的温度与环境温度可相差120K以上，因此在其储运过程中对热量的传入极其敏感。随着热量的逐渐传入，当液化天然气的温度高于气瓶内压力所对应的饱和温度时，LNG会蒸发导致气瓶压力升高较快，当压力超过安全限定压力，则安全阀开启，大量储存气体被泄放。3、车用LNG供气系统关键技术 活塞连杆组故障诊断与修复 天然气汽车发动机动力性下降的原因有混合气热值低和分子变更系数小以及充气效率下降等诸多因素。混合气热值低和分子变更系数小是由于燃料分子中含氢比例较大造成的,对于天然气,其分子结构是固定的无法改变。要提高天然气发动机的动力性,只能从增压、缸内直喷、降低进气温度、
21、大负荷工况减气增油等方面进行。 CNG汽车发动机历经了几代产品的演变和发展之后,呈现出如下发展趋势:（1）燃料供给系统从机械式混合器发展到电子控制喷射系统。（2）电喷系统由单点开环控制发展到闭环多点喷射控制系统。（3）喷射方式从缸外混合发展到缸内直接喷射。 CNG缸内直接喷射技术综合了柴油机和汽油机的优势,从根本上解决了预混合方式中,天然气燃料挤占进气空气体积,造成充气效率下降的问题,实现了CNG非均质混合气扩散燃烧,燃烧效率高,能有效提高天然气发动机的动力性。1、发展历程 从图11-4、图11-5所示CNG发动机工作原理框图可看出，该发动机基本原理为高压的压缩天然气从储气瓶出来，经过天然气滤
22、清器过滤后，经高压电磁阀进入高压减压器，高压电磁阀的开合由ECU控制，高压减压器的作用是将高压的压缩天然气（工作压力320MPa）经过减压器将压力调整至0.70.9MPa。高压天然气在减压过程中由于减压膨胀，需要吸收大量的热量，为防止减压器结冰，将发动机冷却液引出到减压器对燃气进行加热。经减压后的天然气进入电控调压器，电控调压器的作用是根据发动机运行工况精确控制天然气喷射量。天然气与空气在混合器内充分混合，进入发动机缸内，经火花塞点燃进行燃烧，火花塞的点火时刻由ECU控制，氧传感器即时监控燃烧后的尾气的氧浓度，推算出空燃比，ECU根据氧传感器的反馈信号和控制MAP及时修正天然气喷射量。采用增压
23、技术，发动机进气量有显著增加,使CNG发动机的动力性恢复到原汽油机水平。2、CNG发动机 2、CNG发动机图11-4 玉柴CNG增压发动机系统原理图 2、CNG发动机图11-5 玉柴ECI EPR系统自然吸气CNG发动机原理图 从图11-6、图11-7所示LNG发动机工作原理框图可看出与CNG发动机相比仅是低压电磁阀前的部件发生了变化。 3、LNG发动机 图11-6 玉柴ECI EPR系统增压LNG发动机工作原理 3、LNG发动机 图11-7 玉柴ECI EPR系统自然吸气LNG发动机工作原理 1、高压燃料切断阀部件 如图11-8所示，高压燃料切断阀由ECM控制其开合，停机状态下处于常闭状态。
24、作用是及时切断或恢复燃料供给。4、主要零部件图11-8 高压燃料切断阀 2、高压减压器 如图11-9所示，高压减压器通过压力膜片克服弹簧阻力，带动杠杆，调整节流孔的流通面积，从而控制减压后的天然气压力。通过节流和加热，使高压的压缩天然气减压至0.70.9MPa的低压天然气。4、主要零部件图11-9 高压减压器 3、低压电磁阀部件 如图11-10所示，低压电磁阀由线圈驱动阀芯，由ECM控制其开合，停机状态下处于常闭状态，作用是及时切断或恢复燃料供给。4、主要零部件图11-10 低压电磁阀 4、电控调压器部件（EPR阀） 如图11-11所示，电控调压器内部有控制芯片，该控制芯片接受来自ECM的控制
25、指令，通过高速电磁阀控制天然气气量，从而实时有效控制空燃比，可控制天然气喷射量。4、主要零部件图11-11 电控调压器 5、混合器部件 混合器将天然气和中冷后的空气充分混合，使燃烧更充分、柔和,有效降低NOx排放和排气温度。 6、电子节气门 电子节气门通过控制蝶阀的开度，控制进入缸内的混合气的量，从而控制发动机的转速和负荷。驾驶人通过加速踏板，将动力需求传送给ECM，ECM接收到加速踏板信号后，根据发动机运行工况控制电子节气门开度。 通过控制蝶阀开度，控制怠速转速和调速特性曲线。7、防喘振阀 防喘振阀是当发动机突然减速时 ，通过喘振阀通气软管将节气门后的低压压力传递到防喘振阀压力反馈接头上，打
26、开喘振阀单向截止膜片，使增压器压气机前后压力平衡，避免增压器喘振，保护增压器。4、主要零部件 8、废气旁通控制阀 废气旁通控制阀通过控制废气旁通控制阀的占空比，控制废气旁通控制阀的出口压力，从而控制发动机的增压压力。采用该技术能有效提升发动机低速转矩，满足公交车频繁起步的工作要求。 安装时要求安装在散热条件较好的低温区，保证零部件可靠性。9、氧传感器 氧传感器检测排气中氧分子浓度，从而测量燃烧时的空燃比，ECM根据测量所得的空燃比修正燃气供给量。10、大气环境传感器 通过测量进气压力、温度、湿度，并根据所测得的湿度、压力来修正实际控制空燃比和天然气供给量，使发动机运行在最佳状态。4、主要零部件
27、 11、进气压力温度传感器 通过测量中冷后的压力、温度，结合发动机转速、排量、充气效率，利用速度密度法即可计算出混合气流量。12、凸轮轴位置传感器 通过信号轮的触发信号，将第一缸活塞压缩上止点位置及时准确地传递给ECM，同时有测量曲轴转速的功能，ECM根据触发信号及控制MAP来控制发动机的点火提前角、空燃比、增压压力等参数。13、冷却液温度传感器 冷却液温度传感器将发动机的冷却液温度信号及时准确地传递给ECM，ECM根据冷却液温度修正点火提前角、空燃比及怠速车速等参数，同时在冷却液温度失控的情况下限制发动机的功率，从而保护发动机。4、主要零部件 14、天然气温度传感器 天然气温度传感器实时测量
28、电控调压器出口处的天然气温度，ECM根据测量到的温度、压力等参数以及所需要的目标空燃比计算出需要提供给发动机的天然气供给量。15、电子加速踏板 驾驶人通过电子加速踏板驱动和控制发动机运行工况，反映驾驶人的实际动力需求。16、电子控制模块 电控CNG发动机管理核心，通过各种传感器监控发动机运行工况，并根据发动机运行工况和控制MAP控制各执行器，并且通过CAN总线与汽车各子系统进行通信。4、主要零部件活塞连杆组故障诊断与修复 压缩空气动力汽车(Air powered vehicle，APV)，简称气动汽车。它利用高压压缩空气为动力源，将压缩空气存储的压力能转化为其他形式的机械能，从而驱动汽车运行。
29、 如图11-12所示，法国MDI的气动汽车，在加气站3min可加满气（在家里用家用机加气要4h）。加一次气14元人民币，以96km/h车速可行驶300km。一般1罐300 L、30MPa压力的压缩空气，可以行驶200km，最大车速达110km/h。近期又推出了最大车速达111km/h、一次充气行驶300km的压缩空气动力汽车。 图11-12 压缩空气汽车 从理论上来说，液态空气和液氮等吸热膨胀做功为动力的其他气体动力汽车，也应属于气动汽车的范畴。 除动力来源的不同，压缩空气动力汽车工作原理与传统汽车基本相同，其发动机的总体结构形式还是借鉴传统汽车现有的结构模式，主要还是往复活塞式、旋转活塞式等
30、形式。图11-13所示为法国MDI公司的压缩空气动力汽车发动机的外观图。其中往复活塞式可用于小型车，旋转活塞式主要用于客车。 图11-13 往复活塞式和旋转活塞式压缩空气发动机 以压缩空气为动力的发动机的总体结构和传统汽车的发动机结构基本相同。但压缩空气动力发动机的动力分配方式有串联方式、并联力式和串并联混合方式。 串联分配方式，其缸与缸之间的空气动力管道是串联的，上一级缸的剩余压力是下级缸的始动力。该方式的下级作用缸的结构尺寸较大，但动力利用率较高，热交换较充分。 并联分配方式是缸与缸之间的空气动力管道是并联的，不同缸的初始动力相同。并联方式缸的结构尺寸相同、动力输出平稳，但剩余压力稍高。
31、压缩空气动力发动机（气动发动机）是气动汽车的核心，减压到工作压力的高压空气进入气动发动机汽缸内膨胀做功，类似于内燃机在燃料爆炸燃烧产生高温高压气体后推动活塞对外做功的过程，因此，在基本结构上也接近于内燃机，包括机体、汽缸、活塞、连杆、曲轴和配气机构等部分。但气动发动机的工作循环为简单的两冲程，即高压压缩空气进入汽缸膨胀做功行程和将膨胀后的低压气体排出汽缸的排气行程。由于没有燃烧过程，气动发动机机体不承受高温和超高压，机体强度也可减小，结构简单，质量轻， 发动机不再需要冷却系统，制造及使用维护成本低。 气动发动机进气为高压气体，且进气道压力始终高于汽缸内压力，类似内燃机的配气结构，进气门将始终承
32、受高压气体很大的背压。在压力超过气门弹簧的预紧力情况下，即使进气门处于关闭状态，高压气体也会将进气门顶开，发生泄漏，造成耗气量增大，排气行程缸内气压升高，负功增加，整体功率和效率下降等不良效果。因此，在结构上，气动发动机的配气机构必须适应高压进气的要求。 压缩空气动力发动机的工作特性具有起动及低速转矩大，随发动机转速升高输出转矩逐渐减小，而耗气量逐渐增大的特点，通常情况下进气阀打开后发动机即可运转并输出最大转矩，直接驱动汽车起步行驶。因此，在压缩空气动力汽车的集成中，传动系统适宜采用低减速比设计。 压缩空气动力汽车气动回路的一端接高压储气罐，接触压力为超高压，另一端为中高压，接发动机的工作腔，
33、两者间压差非常大，因此必须实行分级减压。 常规气动系统的减压控制都采用气动减压阀进行节流减压方式。由于在节流减压过程中，由于通过节流口高速流动的气体的摩擦作用，能量损失较大，而且压力越高损失越大。而对于压缩空气动力汽车来说，车载的压缩空气存储的总能量是有限的，要保证汽车有足够的继驶能力，在提高车载储气量的同时，必须尽可能减小压缩空气在气动回路传输过程中的能量损失，因此，普通的节流减压方式不适宜压缩空气汽车气动回路高压减压段。 在压缩空气动力汽车的气动回路中，次级减压后的气体将作为发动机的进气与发动机进气道连接，所以，对发动机进气压力和流量的调节将在次级减压过程完成。为调节的方便，在次级减压环节
34、使用了比例流量调节阀，同时在气动汽车的集成中，考虑到一般驾驶人驾驶习惯，设计连接机构将发动机进气流量调节阀与汽车加速踏板连接，按驾驶人踏下加速踏板的深度提高发动机进气压力及流量，瞬时提升发动机转矩和功率，满足不同工况的需要。 在气动回路的设计中，考虑到高压气体在减压后温度大幅降低，与环境温度将形成较大温度差。如果低温的气体从环境中吸收热量，根据热力学规律，气体的温度和压力将升高，能量增大，最终使发动机输出更多的机械能，整车效率提高，也将获得更长的行驶能力。因此，集成到汽车上的气动回路在两级减压环节后都设置了热交换器，让减压后的气体尽可能充分地从环境中吸热，并可充当制冷空调的冷源，减少发动机动力
35、的消耗。 在压缩空气动力汽车的辅助设备中，主要的电气设备与普通汽车相同，但在仪表板将集成气源压力表和进气压力表，替代油箱指示表。在汽车辅助设备中，空调已经是乘用车的基本配置之一，而普通车用空调使用压缩机制冷，需要消耗较大的发动机功率。对于压缩空气动力汽车来说，因为发动机排出的尾气是膨胀做功后的压缩空气，压力减小了，温度也远低于环境温度，通过热交换器可以为汽车提供冷源，再加上减压环节后的两个热交换器，在整车的集成中合理配置，完全可以满足制冷的需要，而不再额外消耗发动机功率。同时，室外新鲜空气由热交换器冷却后作为冷气供给室内，更带来自然清新的效果。当需要在严寒环境使用时，只需再选装电热空调即可，成
36、本较低。活塞连杆组故障诊断与修复 2011年，PSA的工程师穆卡德姆和搭档安德雷亚尔斯成立了名为混合空气动力的研究项目，他们认为借助压缩空气在汽车上的应用也可以实现节能减排目的，并且更加环保。为了证明此观点的可行性，两位工程师将一辆微型汽车的发动机与一架商用飞机的液压系统相连接，进行了大量实验，最终结论让人欣喜。 参考标致雪铁龙的中远期计划，未来在混合动力车型方面，PSA将在小型车或紧凑级车型上，主推空气混合动力；而在中大型车上则依旧使用油电混合技术，尤其是其在欧洲市场依旧会推出全新的柴油电动混合动力产品，两套系统会高低搭配，而非替代关系。1、空气混合动力汽车发展 空气混合动力主要包括三部分（
37、图11-14）：汽油发动机、液压泵/液压马达和压缩空气罐系统。其中液压泵和液压马达与变速器是整合到一起的（结构布局与油电混合系统相似）。结构非常紧凑，以便之后轻松的装入小型车的发动机舱内。2、动力机械组成图11-14 空气混合动力汽车结构组成 工作原理是通过液压泵和活塞将氮气压缩到储气罐内。高压蓄能器工作时，释放出高压气体，借助液压油推动液压泵向相反方向运动，最终驱动车轮前行。其中液压泵也称液压发动机。 该系统具有以下四种工作模式。1、发动机驱动 发动机驱动模式主要用于高速定速巡航（这也是发动机最经济的工作区间）。2、纯空气驱动 纯空气驱动主要用于城市道路（时速不超过70km/h）。3、基本工
38、作原理 3、混合驱动 其中，而混合动力模式主要是在汽车起动、加速、爬坡等高耗能的时候。这时汽油机和液压马达同时工作，而两种动力的驱动比例是根据驾驶人的需要，由计算机自动调节。4、能量回收 制动时液压马达可以变为液压泵，将能量送给高压气罐储能。3、基本工作原理2022-6-10活塞连杆组故障诊断与修复 燃油汽车在能量转换过程中要遵守卡诺循环的规律来做功，热效率比较低，只有1/3左右的能量消耗在推动车辆前进上，其余2/3左右的能量损失在发动机和驱动链上；而太阳能汽车的热量转换不受卡诺循环规律的限制，90%的能量用于推动车辆前进。 当太阳光照射PN结时（图11-15），在半导体内的电子由于获得了光能
39、而释放电子，相应地便产生了电子空穴对，并在势垒电场的作用下，电子被驱向N型区，空穴被驱向P型区，从而使N区有过剩的电子，区有过剩的空穴。于是，就在P-N结的附近形成了与势垒电场方向相反的光生电场。如果半导体内存在P-N结，则在P型和N型交界面两边形成势垒电场，能将电子驱向N区，空穴驱向P区，从而使得N区有过剩的电子，P区有过剩的空穴，在P-N结附近形成与势垒电场方向相反光的生电场。1、太阳能电池图11-15 太阳能电池原理图 太阳电池方阵是太阳能汽车的能源。方阵是由许多PV光电池板（通常有好几百个）组成。方阵类型受到太阳能汽车尺寸和部件费用等的制约。目前，主要有两种类型的光电池板：硅电池和砷化
40、合物电池。环绕地球卫星使用的太阳电池是典型的砷化合物电池，而硅电池则更为普遍的为地面基础设备所使用。一般等级的太阳能汽车通常使用硅电池板。许多独立的硅片（接近1100个）被组合，形成太阳电池方阵。依靠光伏电源供电动发动机驱动太阳能汽车。这些方阵的通常工作电压为50200V，并能提供1000W的电力。 方阵输出功率的大小受到太阳、云层的覆盖度和温度的影响。超级太阳能汽车也能使用通常类型的太阳能光电板。但更多的是使用太空级光电板。这种板很小，但是比普通的硅片电池板昂贵得多，然而它们的使用效率非常高。 1、太阳能电池 如图11-16所示，由于太阳能电池板输出的是直流电能，而蓄电源也是直流充电，两者的
41、结合更能提高整个系统的效率；太阳能电池板在太阳光的照射下，其内部PN结会形成新的电子空穴对，在一个回路里就能产生直流电流；这个电流流入充电控制器，会以某种方式给蓄电池充电。蓄电池的充电完全只是通过太阳能来实现的，以确保最大限度使用太阳能。 太阳能电池板进来后会首先经过一个开关MOS管连接到直流/直流变换器（蓄电池充电电路），此变换器的输出连接到蓄电池两端（实际电路里会先通过一个熔断丝再连到蓄电池上）。加上开关管有两个作用：一是防止太阳能电池输出较低时由蓄电池过来的反充电流；二是当太阳能电池板极性接反时起到保护电路的作用。控制系统不仅考虑太阳能电池板最大功率点电压和蓄电池最大电压，而且同时得兼顾
42、效率和成本。2、太阳能电池板供电系统 2、太阳能电池板供电系统图11-16 太阳能供电系统 太阳能汽车主要集中在学生的赛车作品中（图11-17），主要是做宣传用。这种新型家庭汽车由荷兰大学生研发，汽车采用太阳能驱动。主要通过5.8m2的太阳能电池发电，此外还附带有容量为15kWh的电池。 到目前为止，太阳能在汽车上的应用技术主要有两个方面：一是作为驱动力，二是用作为汽车辅助设备的能源。作为驱动力这一应用方式，一般采用特殊装置吸收太阳能，再转化为电能驱动汽车运行。而作为汽车辅助能源，主要用在电气设备上的辅助应用，大部分还是靠燃料的供给。3、荷兰太阳能电池车图11-17 荷兰大学生研发的太阳能赛车 荷兰研究人员研发了针对家庭设计的新型四座太阳能汽车Stella-Lux（图11-18）。充满电后，Stella-Lux的行驶里程高达1100km，最高车速为125km/h。此外，车上的应用程序甚至可以自动计算出最有效路线。3、荷兰太阳能电池车图11-18 荷兰太阳能汽车Stella-Lux 谢谢观看！
