[发明专利]一种新型CNG油气混合动力节能控制系统

说明书

所属技术领域

本发明涉及汽车发动机、传热学、自动控制理论、有机化学、汽车电子控制等技术领域。

技术背景

近年来，混合动力汽车在全球发展很快，取得了显著进步。根据统计，截至2008年底，全世界已有80多个国家总计拥有混合动力汽车约960万辆，占世界汽车总保有量的1.16％。亚太地区的混合动力汽车发展迅速，2000-2008年年均增长达到53.4％，巴基斯坦、伊朗、印度的混合动力汽车保有量分别达到200万辆、100万辆和65万辆。

中国的混合动力汽车产业在国家大力支持下已初具规模，天然气或混合动力汽车产业体系初步形成。截至2008年底，中国已在近30个省、市、自治区的80多个城市推广了天然气或混合动力汽车，拥有CNG汽车约40万辆，加气站1000余座。

推广天然气或混合动力汽车是实现节能减排，解决能源和环境问题的重要途径。目前，中国汽车的主要燃料是汽油、柴油等石油的提取物，油类汽车废气排放已成为城市空气污染的主要来源，以天然气代替汽油和柴油等作为汽车新燃料，是有效降低汽车尾气污染的重要方式。CNG汽车的排放比汽油车和柴油车的综合排放污染低约85％，其中碳氧减少约97％，碳氢减少70％-80％，氮氧化物减少30％-40％，颗粒悬浮物减少40％，噪音减少约40％，而且CNG汽车不会产生硫、铅、苯等有害有毒物质。目前，中国正处在工业化进程中，大气污染和环保压力尤其大，推广天然气或混合动力汽车不仅是改善城市大气质量和人们生活条件的迫切需要，更是发展低碳经济、保护生态环境、追求可持续发展的需要。

天然气的辛烷值高于110，抗爆性能优于汽油，发动机燃用天然气时可以采用较高的压缩比，机油更换时间大大延长，不必经常更换火花塞，与燃用柴油(汽油)相比，可节约50％以上的维修费用。此外，发动机运转平稳，噪声小(比汽油机低40％)，发动机使用寿命为汽油车的3倍。

此外，相对于石油来说，中国天然气资源相对丰富，天然气探明储量3万亿立方米，探明程度仅为18％。2008年中国天然气产量775亿立方米，预计到2010年，中国天然气产量将超过900亿立方米，2020年将达到1500亿立方米，2030年达到2000亿立方米，2035年达到2500亿立方米。丰富的天然气资源为中国发展CNG汽车奠定了坚实的基础。随着中国城市天然气管网的建设和私家车的快速发展，为适应市场多元化需求，优化配置能源结构，大力推广天然气或混合动力汽车成为政府节能减排的重要工作。在世界范围内，石油资源正日益枯竭，原油价格更是节节攀升，而全球天然气的探明储量和开采量每年都在增加，天然气价格-直比较稳定，甚至略有下降。在国内，天然气价格与汽油价格存在较大差价，目前中国车用天然气平均价格不到汽油价格的50％，天然气或混合动力汽车的发展具有经济基础和发展动力。

从技术方面，中国的天然气或混合动力汽车关键技术研发和成果推广取得了显著成效，一些骨干汽车企业已陆续开发出单一燃料或双燃料的CNG汽车发动机，并已具备了批量生产能力，排放达到欧洲新标准、具备第三代多点电控喷射技术的单燃料燃气汽车产品也已开发成功，CNG汽车关键零部件的技术水平和产业化能力也明显提高，不仅能满足国内市场的需求，同时还出口到东南亚-些国家和地区。

但是，还需要进一步加快CNG汽车及车用CNG相关关键技术创新，降低天然气或混合动力汽车的能耗，提高CNG汽车产业竞争力。首先要改进CNG汽车的电子控制技术，在保证安全的前提下适当提高发动机的压缩比，以增加发动机的功率，弥补现行CNG汽车功率不足的缺陷；其次要可以采取进气增压、增浓措施，优化燃气和空气混合器的设计，提高充气系数来增强发动机的功率，以开发出更加高效的新型压缩天然气油气混合动力节能控制系统。

发明内容

天然气汽车的一个问题是发动机的功率比使用汽油时有明显下降，功率下降主要原因在于燃料本身的特性和发动机的构造。在燃料性质方面，使用天然气作燃料时，燃料本身的体积在整个进气中占有较大比例，导致进入气缸的空气量减少，充气系数下降，从而导致发动机功率下降；在发动机构造方面，决定发动机功率的主要因素是发动机的压缩比，压缩比越大，热效率越高，有效功率就越大。但压缩比越大，发动机爆震的倾向也越大，另外发动机压缩比还必须与燃料的抗爆性相适应，这就决定了汽油机的压缩比不可能太大。

充气系数下降是导致天然气汽车功率下降的重要原因，提高充气系数是提高功率的一种途径，但充气系数下降是由天然气本身的性质所决定的，唯一的解决办法是采取进气增压措施，但进气增压会加大发动机的体积和质量，在实施中存在一定难度。