新型汽車發(fā)動機(7)PPT課件

第十一章新型汽車動力 第1節(jié)概述第2節(jié)代用燃料發(fā)動機第3節(jié)電動汽車第4節(jié)燃料電池第5節(jié)混合動力汽車 第1節(jié)概述 新型汽車動力 是指當前在車用動力中占統(tǒng)治地位的 燃用傳統(tǒng)汽油或柴油的往復活塞式內(nèi)燃機以外的動力機械 目的 1 變革發(fā)動機的功率傳輸機構 2 解決能源短缺 環(huán)境污染和生態(tài)失衡 驅(qū)動汽車的可用能源 汽車燃料的預測 英國Tickford公司的預測 各種動力的有效熱效率 第2節(jié)代用燃料發(fā)動機 天然氣和液化石油氣汽車的優(yōu)缺點 1 優(yōu)點2 缺點 1 充分利用天然氣資源可以替代十分短缺的汽油和柴油 2 減少對大氣的污染 燃料與空氣同相 混合均勻 燃燒較完全 可大幅度降低CO和HC排放 徹底改善微粒排放污染 甲烷CO2排放低 3 燃料經(jīng)濟性好 汽油2 8元 1kg 天然氣0 70元 1kg 4 壓縮天然氣比汽油安全 天然氣密封好 在空氣中易被驅(qū)散 燃點高 537 5 使用性能好 冷起動性能好 運轉(zhuǎn)平穩(wěn) 燃燒不會產(chǎn)生積炭 發(fā)動機壽命長 維修費低 6 天然氣有較好的抗爆性 天然氣辛烷值130 液化石油氣100 高級汽油96 天然氣和液化石油氣汽車的優(yōu)缺點 1 優(yōu)點2 缺點 1 天然氣的攜帶性差 液化石油氣在較低壓力下 690kPa 就可以完全液化 幾乎和汽柴油同樣便于攜帶 但天然氣只有采用先進的膨脹制冷過程將其冷卻到 162 才能液化 這要求有較高的技術 無論是液化設備還是車上儲罐 造價都會較高 目前廣泛采用的CNG均采用高壓 20 25MPa 存儲在高壓氣瓶內(nèi) 這些氣瓶導致汽車自重增大 空間減小 限制了續(xù)駛里程 2 當采用缸外預混合方式時 氣體燃料的充氣系數(shù)比液體燃料大約低10 氣體燃料的理論混合氣熱值也較低 與相同排量的汽油機比 發(fā)動機功率有所下降 3 若以雙燃料或兩用燃料并存形式應用于汽車 則整車成本提高約15 CNG 汽油兩用燃料系統(tǒng) 天然氣汽車減壓閥 雙燃料發(fā)動機構造 液化石油氣燃料供給系統(tǒng) 蒸發(fā)調(diào)壓閥 CNG電控噴射系統(tǒng) 第3節(jié)電動汽車 1 概述2 電動汽車的優(yōu)點3 電動汽車的不足4 電動汽車的動力源 1 定義電動汽車一般的理解是從車載電源獲得電力 以電機驅(qū)動的車輛 它包括從蓄電池 燃料電池 飛輪電池和車載發(fā)電機組獲得電力的各種車輛 2 構成由車載電源 驅(qū)動電機及其控制器 汽車底盤和車身 附件等構成 3 分類按用途分 電動轎車 載貨汽車 客車 越野車按能量來源分 純電動汽車 PEV 和混和動力汽車 HEV 按構造分 改裝車型電動車和全新設計型電動車4 發(fā)展史較內(nèi)燃機發(fā)明早 在19世紀末和20世紀初曾有過一段輝煌 由于電動車在性能 價格等方面難以與內(nèi)燃機競爭而逐步被燃油汽車取代 第3節(jié)電動汽車 1 概述2 電動汽車的優(yōu)點3 電動汽車的不足4 電動汽車的動力源 1 電動汽車本身不排放有害氣體 對環(huán)境無污染1995年 美國大氣污染物中有42 來自汽車排放 世界銀行專家組的報告指出 中國大城市的環(huán)境污染狀況目前是全世界最嚴重的 全球空氣污染最嚴重的20個城市中 有10個在中國 大氣污染造成的損失500億美元 為中國1995年國民生產(chǎn)總值的8 2 節(jié)能及能源的多樣化和綜合利用電動汽車所需的能源可多樣化 電動汽車能源的轉(zhuǎn)換效率超過燃油汽車的效率 電動汽車的充電可放在夜間進行 3 結構簡單和維修使用方便 第3節(jié)電動汽車 1 概述2 電動汽車的優(yōu)點3 電動汽車的不足4 電動汽車的動力源 1 電池性能差目前實際使用的只有鉛酸和鎘鎳兩種電池 前者每公斤質(zhì)量儲存的電能約40Wh 后者為45 60Wh 而汽油為12000Wh 相差200 300倍 一次充電行程太短 是電動汽車不能推廣應用的一個主要原因 2 動力性能差 運輸效益低電動汽車的最高車速 加速能力和爬坡能力都趕不上燃油汽車 而且?guī)Я舜罅侩姵?只能少拉人或貨 運輸效率低 3 成本高 價格貴電動汽車的價格一般為同級燃油汽車的2 3倍 使用成本則取決于電池的壽命和有關的政策 4 基礎設施缺乏 第3節(jié)電動汽車 1 概述2 電動汽車的優(yōu)點3 電動汽車的難點4 電動汽車的動力源 1 一次電池又稱 原電池 即放電后不能用充電方法使它復原的電池 換言之 這種電池只能用一次 2 二次電池又稱 蓄電池 電池放電后又可用充電方法使活性物質(zhì)復原而能再次放電 且可反復多次循環(huán)使用的一類電池 如 鉛酸電池 鎘鎳電池 氫鎳電池 鈉硫電池 鋰電池 飛輪電池等 3 燃料電池又稱 連續(xù)電池 即只要活性物質(zhì)連續(xù)地注入電池 就能長期不斷地進行放電的電池 各種蓄電池性能的對比 第4節(jié)燃料電池 1 概述2 氫燃料電池系統(tǒng)3 甲醇燃料系統(tǒng)4 汽油燃料系統(tǒng) 1 什么是燃料電池 燃料電池是利用燃料 氫氣 和氧化物的電化學反應 將燃料的化學能直接轉(zhuǎn)換為電能的高效發(fā)電裝置 2 分類 3 質(zhì)子膜交換燃料電池的特點工作溫度低 50 100 工作可靠性高無化學腐蝕能量密度高無排放污染對燃料適應性強結構簡單 制造方便但催化劑對CO敏感 需要貴金屬催化劑 Pt 繼續(xù) 質(zhì)子交換膜燃料電池工作原理 返回 覆蓋在質(zhì)子交換膜表面的催化劑在陽極將氫氣催化分解成質(zhì)子 陽極的質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜到達陰極 由氫氣分解釋放出的電子被引出電池通過負載到達陰極 在這過程中就產(chǎn)生了能量 在陰極 質(zhì)子與氧和電子相結合產(chǎn)生水 燃料電池的分類 返回 第4節(jié)燃料電池 1 概述2 氫燃料電池系統(tǒng)3 甲醇燃料系統(tǒng)4 汽油燃料系統(tǒng) 特點 氫氣直接供給電池組缺點 1 車載氫燃料存儲體積大 2 基礎供氣投資大 繼續(xù) 氫燃料電池系統(tǒng) 第4節(jié)燃料電池 1 概述2 氫燃料電池系統(tǒng)3 甲醇燃料系統(tǒng)4 汽油燃料系統(tǒng) 工作過程 1 甲醇和水的混合物在蒸發(fā)器里蒸發(fā)成氣態(tài) 2 甲醇蒸汽在轉(zhuǎn)化器中高溫分解成氫和CO 3 部分氧化器 POX 在低氧低壓的條件下將甲醇轉(zhuǎn)化成H2和CO 4 混合氣直接進入燃料電池的陽極和進入陰極的空氣發(fā)生電化學反應 缺點 甲醇轉(zhuǎn)化過程中會產(chǎn)生大量的CO 使催化劑中毒 繼續(xù) 甲醇燃料電池系統(tǒng) 甲醇改質(zhì)型燃料電池系統(tǒng) 第4節(jié)燃料電池 1 概述2 氫燃料電池系統(tǒng)3 甲醇燃料系統(tǒng)4 汽油燃料系統(tǒng) 工作原理 1 汽油在燃料器或蒸發(fā)器里加熱變?yōu)闅怏w 2 蒸發(fā)汽油引入部分氧化器 POX 中 在低壓下可使汽油蒸汽與少量空氣混合 產(chǎn)生H2和CO 3 水 汽轉(zhuǎn)化器中引入水蒸汽 與催化劑作用使大部分CO轉(zhuǎn)化成CO2和H2 4 在富氧反應器中將空氣噴入氣體中 使殘存的CO在鉑催化劑的作用下生成CO2 5 產(chǎn)生的氫氣與空氣結合產(chǎn)生電 缺點 增加排放控制成本 轉(zhuǎn)化過程要損失一些效率 繼續(xù) 燃料電池觀光車 戴勒姆克萊斯勒的燃料電池車Necar5 實驗用燃料電池電動汽車性能對比 1 發(fā)電原理 氫氣 甲醇 汽油 2 基礎設施 汽油 甲醇 氫氣 3 排放特性 氫氣 甲醇 汽油 第5節(jié)混合動力汽車 1 概述2 混合動力汽車的優(yōu)點3 混和動力的驅(qū)動系統(tǒng)4 混合動力汽車的關鍵技術 什么是混合動力汽車 混合動力汽車 HV 是將電驅(qū)動與輔助動力單元合用到一輛車上 這個輔助動力單元實際上是一個燃燒某種燃料的原動機或動力發(fā)電機組 燃料可以是汽油 柴油等傳統(tǒng)燃料 也可以是甲醇 乙醇 液化石油氣 天然氣 氫氣等代用燃料 原動機可以是內(nèi)燃機 也可以是燃氣輪機 斯特林發(fā)動機等外燃機 混合動力汽車發(fā)展趨勢 第5節(jié)混合動力汽車 1 電池的容量減小 電動汽車自重過大的矛盾有所緩解 2 輔助動力單元使混合動力汽車的續(xù)駛里程與動力性可以達到當前內(nèi)燃機的水平 3 雖然原動機會有一定的廢氣排放 但由于原動機主要工作在最佳工況點附近 與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車變工況的廢氣排放相比 可達到超低排放水平 4 制動能量回收系統(tǒng)可節(jié)省能量 提高制動系統(tǒng)的可靠性和使用壽命 5 利用原動機輸出的動力直接帶動車內(nèi)空調(diào) 空壓機 動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等 無需消耗電池組內(nèi)有限的電能 保證了乘員的舒適性和駕駛的輕便性 6 在排放嚴格限制的地區(qū) 可實現(xiàn)零排放 1 概述2 混合動力汽車的優(yōu)點3 混和動力的驅(qū)動系統(tǒng)4 混合動力汽車的關鍵技術 第5節(jié)混合動力汽車 1 概述2 混合動力汽車的優(yōu)點3 混和動力的驅(qū)動系統(tǒng)4 混合動力汽車的關鍵技術 混合動力汽車是電力驅(qū)動系統(tǒng)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機驅(qū)動系統(tǒng)的組合 按照能量合成的方式可劃分為串聯(lián)式 并聯(lián)式和混聯(lián)式 靈活驅(qū)動式 混合動力驅(qū)動系統(tǒng) 串聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng) 工作原理 原動機控制在最佳工況相對穩(wěn)定運行 除帶動空調(diào)壓縮泵 液壓泵等附件外 還帶動發(fā)電機所發(fā)出的電能可直接供電動機使用 當汽車在起步 加速 爬坡或高速行駛需要較大的功率而發(fā)電機無法滿足時 電池組可提供額外的電能 當汽車低速 滑行 制動或停車時 發(fā)電機發(fā)出的功率超過汽車的需求 多余的電能向電池組充電 串聯(lián)式混和動力系統(tǒng)最適合在城區(qū)行駛的車輛 如公共汽車上采用 并聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng) 工作原理 原動機與電動機以機械能疊加的方式驅(qū)動汽車 它們可以分別獨立地向汽車的傳動系提供轉(zhuǎn)矩和動力 在需要大功率時也可以