汽車運(yùn)行材料-第3章車用替代燃料ppt課件

1、授人以魚(yú)不如授人以漁,車用替代燃料的選擇標(biāo)準(zhǔn)主要包括： 1)資源必須豐富。能滿足汽車日益增加的需要 2)價(jià)格比較便宜，便于大范圍推廣 3)能量密度大，熱值高，少量攜帶能使汽車有足夠的續(xù)駛里程， 4)毒性低，環(huán)境污染小。 5)安全性好，易于輸送、貯存和使用。 6)對(duì)內(nèi)燃機(jī)的可靠性無(wú)不良影響。 有廣闊發(fā)展前景的替代燃料主要有： 醇類燃料、乳化燃料、天然氣、液化石油氣、氫氣等,第三章 車用替代燃料,授人以魚(yú)不如授人以漁,第一節(jié) 醇類燃料,醇類燃料主要是指： 甲醇和乙醇，在技術(shù)和成本方面已經(jīng)達(dá)到實(shí)用階段。 醇類燃料的資源比較豐富，可從多種原料中進(jìn)行提取。 甲醇可從天然氣、煤、油頁(yè)巖、重質(zhì)燃料、木材和垃

2、圾等物質(zhì)中制取 乙醇可從甜菜、什蔗、蘋(píng)桿、薯類、玉米等農(nóng)作物中制取,授人以魚(yú)不如授人以漁,一、醇類燃料的理化性質(zhì),甲醇燃料和乙醇燃料的主要理化性質(zhì)與汽油燃料的比較如表3-1所示,授人以魚(yú)不如授人以漁,1、 醇類燃料的辛烷值,醇類是汽油車良好的替代 1)燃料醇類燃料的辛烷值比汽油高醇類燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)可以增大壓縮比來(lái)提高熱效率，提高其動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。 2)醇類燃料可以作為高中烷值組分調(diào)入汽油中，提高汽抽的抗爆能力； 3)醇類燃料的靈敏度非常大。 在低速時(shí)的抗爆性能比中、高速時(shí)要好,授人以魚(yú)不如授人以漁,2蒸發(fā)潛熱大,蒸發(fā)潛熱： 常壓沸點(diǎn)下，單位質(zhì)量的純物質(zhì)由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)吸收的熱量或由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)放出

3、的熱量： 醇類燃料蒸發(fā)潛熱大的優(yōu)點(diǎn)是： 形成的混合氣溫度低，其充氣效率提高，使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性增強(qiáng)； 形成混合氣時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部機(jī)件有冷卻作用；減少冷卻系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)的冷卻負(fù)擔(dān)，從而可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。 醇類燃料的蒸發(fā)潛熱大，在低溫條件下起動(dòng)時(shí)，由于汽化所需熱量不足，使形成的混合氣濃度較低，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難。因此，燃燒醇類燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)需加裝進(jìn)氣預(yù)熱系統(tǒng)，保征低溫起動(dòng)性能,授人以魚(yú)不如授人以漁,3著火極限寬,著火極限： 混合氣可以著火的最小濃度和最大濃度之間的范圍，濃度是以空氣中可燃?xì)獾捏w積分?jǐn)?shù)表示。 醇類燃料的著火極限比汽油寬得多，可實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒，有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)在部分負(fù)荷時(shí)的能量消耗與排放污染,授

4、人以魚(yú)不如授人以漁,4熱值低,醇類燃料的熱值比汽油低，甲醇熱值約為汽油的一半，乙醇熱值約為汽油的60。 醇類燃料存在自供氧效應(yīng)理論空燃比比汽油低， 甲醇理論空燃比約為汽抽的43， 乙醇理論空燃比約為汽油的60。 在同樣的過(guò)量空氣系數(shù)下混合氣的熱值與汽油相當(dāng)。 汽車使用醇類燃料時(shí)的動(dòng)力性不會(huì)降低,授人以魚(yú)不如授人以漁,5腐蝕性大,醇類燃料的化學(xué)活性較強(qiáng)： 對(duì)銅、鋁等金屬具有較強(qiáng)的腐蝕能力 對(duì)橡膠和塑料等非金屬材料具有較大的溶脹作用,授人以魚(yú)不如授人以漁,6易產(chǎn)生氣阻,醇類燃料的沸點(diǎn)低，有助形成燃料與空氣的混合氣。 溫度高時(shí)，容易在燃油供給系統(tǒng)產(chǎn)生氣阻現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使供油中斷，發(fā)動(dòng)機(jī)熄火,授人以魚(yú)

5、不如授人以漁,7貯存和使用方便,醇類燃料在常溫下為液體狀態(tài)， 和傳統(tǒng)燃料的汽油、柴油相似， 所以其貯存和使用比較方便,授人以魚(yú)不如授人以漁,8排放污染低,醇類燃料的蒸發(fā)潛熱大，使用醇類燃料的燃燒溫度較低，對(duì)NOX的生成有抑制作用； 醇類燃料分子中沒(méi)有C-C鍵結(jié)構(gòu)，燃燒中不會(huì)有多環(huán)芳香烴通過(guò)縮合形成碳煙粒子的現(xiàn)象，排氣中基本沒(méi)有碳煙； 醇類燃料氧含量高，且C/H值較汽油小，混合氣燃燒較完全，排氣中未燃烴類與CO含量相應(yīng)降低。醇類燃料的排氣中未燃醇類和相應(yīng)醛類較多,授人以魚(yú)不如授人以漁,三、酵類燃料的應(yīng)用,醇類燃料的辛烷值高： 良好的汽油機(jī)替代燃料。 在柴油機(jī)上使用比較困難： 著火性差， 十六烷值

6、比柴油低好多， 汽油機(jī)中應(yīng)用醇類燃料主要有兩種方法：摻醇燃燒、純醇燃燒,授人以魚(yú)不如授人以漁,1摻醇燃燒,摻醇燃燒： 把甲醇或乙醇以不同比例摻入汽油中。 甲醇、乙醇與汽油的混合燃料分別用M(Methan01)和E(Ethan01)加一數(shù)字表示，數(shù)字表示混合燃料中甲醇或乙醇的體積分?jǐn)?shù)， 如M15表示甲醇體積分?jǐn)?shù)為15的混合燃料，E10表示乙醇體積分?jǐn)?shù)為10的混合燃料。 (1)摻醇汽油的優(yōu)點(diǎn) 1)抗爆性好。燃用摻醇汽油時(shí)，可通過(guò)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比來(lái)提高其熱效率，進(jìn)而提高其動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性： 2)排放尾氣中NOX、烴類及CO的含量低：混合氣燃燒較完全尾氣中烴類與CO含量也相應(yīng)低。 3)價(jià)格低：甲醇

7、汽油價(jià)格也比普通汽油經(jīng)濟(jì),授人以魚(yú)不如授人以漁,2)摻醇汽油的使用,摻醇比例低于15的低比例摻醇汽油和純汽油燃料比較： 不需要改變現(xiàn)有汽車發(fā)動(dòng)機(jī) 不增加改動(dòng)嚏奉 不存在技術(shù)上的難度。 因此，低比例摻醇汽油是比較實(shí)用的醇類能源利用形式,授人以魚(yú)不如授人以漁,授人以魚(yú)不如授人以漁,3)摻醇汽油的不足,1)醇類燃料與汽油的互溶性較差。 2)控醇汽油易出現(xiàn)分層現(xiàn)象； 3)摻醇汽油對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的金屬、橡皎和塑料等材料具有一定腐蝕性。 4)摻醇汽油的低溫起動(dòng)性差，高溫時(shí)易發(fā)生氣阻。是山醇類燃料蒸發(fā)潛熱大、沸點(diǎn)低造成的,授人以魚(yú)不如授人以漁,授人以魚(yú)不如授人以漁,2純醇燃燒,純?nèi)紵状蓟蛞掖既剂希?純醇燃燒時(shí)，

8、根據(jù)甲醇或乙醇燃料的特點(diǎn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改造， 使用純醇燃料需時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)較大改動(dòng)有： 調(diào)整供油系統(tǒng)、加大油泵供油量、加裝進(jìn)氣預(yù)熱裝置和改善零部件的抗腐蝕性能等,授人以魚(yú)不如授人以漁,授人以魚(yú)不如授人以漁,第二節(jié) 乳化燃料,乳化燃料： 汽油和柴油等燃油和水相混合并經(jīng)特殊處理后形成的一種相對(duì)穩(wěn)定的乳化液。 使用乳化燃料效益： 減少發(fā)動(dòng)機(jī)排放中氮氧化舍物(NOX)等有害成分的含量，有效地降低燃料的消耗。 使用乳化燃料是節(jié)能和降污的良好措施,授人以魚(yú)不如授人以漁,一、乳化燃料節(jié)能降污的原理,乳化燃料的燃燒是個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，其節(jié)能降污的原理，在研究之中，常見(jiàn)的有兩種解釋理論： 微爆理論 燃燒化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

9、理論,授人以魚(yú)不如授人以漁,1微爆理論,微爆理論認(rèn)為： 乳化燃料中含有油包水型分子基團(tuán)，在乳化燃料受熱汽化形成可燃混合氣的過(guò)程中，由于水的沸點(diǎn)低于油，油包水型分子基團(tuán)中的水會(huì)先于油蒸發(fā)，汽化壓力沖破油膜的阻力使油滴發(fā)生爆炸. 爆炸的結(jié)果是使油滴變得更加細(xì)小，與空氣混合得更加均勻， 這種情況下形成的可燃混合氣品質(zhì)良好，可實(shí)現(xiàn)較完全的快速燃燒，達(dá)到節(jié)能和污的雙重日的。微爆理論的實(shí)質(zhì)： 水的存在，使燃料霧化蒸發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生了二次霧化，使混合氣形成的物理準(zhǔn)備過(guò)程準(zhǔn)備更加充分,授人以魚(yú)不如授人以漁,2燃燒化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)理論,燃燒化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)理論認(rèn)為： 高溫條件下水蒸氣分解時(shí)產(chǎn)生化學(xué)活性很強(qiáng)的OH根，和烴

10、在燃燒過(guò)程中形成的中間產(chǎn)物或不完全燃燒產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，推進(jìn)烴類物質(zhì)的燃燒進(jìn)程，使燃料在上止點(diǎn)附近完成燃燒，全部熱能及時(shí)釋放，使發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率提高，達(dá)到節(jié)能降污的目的。 同時(shí)，乳化燃料中水分的蒸發(fā)吸收熱量，降低氣缸內(nèi)燃燒時(shí)的溫度，使NO，的排放量降低,授人以魚(yú)不如授人以漁,燃燒化學(xué)反應(yīng)過(guò)程,授人以魚(yú)不如授人以漁,二、燃料乳化的方法,燃料由烴類物質(zhì)組成。 烴類物質(zhì)都是非極性化合物：而水是極性化合物，所以二者的互溶性很差。需借助乳化添加劑使二者混合形成均勻、穩(wěn)定的乳化液， 乳化添加劑： 一種具有乳化作用的表面活性劑，其化學(xué)結(jié)構(gòu)由極性基和非極性基兩部分構(gòu)成，極性基有親水性質(zhì)，非極性基有親油性質(zhì)。所以，在乳

11、化添加劑存在的條件下，油與水的混合變得相對(duì)容易，保證乳化液的穩(wěn)定性,授人以魚(yú)不如授人以漁,燃料乳化,燃料乳化的常用方法有： 超聲波法 機(jī)械混合法兩種,授人以魚(yú)不如授人以漁,1超聲波法,超聲波法： 利用超聲波在液體媒介中傳播時(shí)會(huì)出現(xiàn)機(jī)械的、熱的及空化等作用機(jī)制，對(duì)傳聲媒質(zhì)產(chǎn)生一系列效應(yīng)的原理進(jìn)行配制乳化燃料的。 超聲波法的優(yōu)點(diǎn)： 設(shè)備簡(jiǎn)單，處理能力大，耗能少，乳化添加劑用量少，乳化效果好，是目前最常用的方法。 工藝流程如圖33所示,授人以魚(yú)不如授人以漁,工藝流程如圖33所示,授人以魚(yú)不如授人以漁,2機(jī)械混合法,乳化燃料的配制采用機(jī)械法混合： 把按比例配好的油、水、乳化添加劑進(jìn)行攪拌、剪切、混合、

12、霧化，并使粒子直徑達(dá)到要求。 機(jī)械混合法設(shè)備簡(jiǎn)單，乳化燃料的質(zhì)量差， 乳化工藝過(guò)程的耗能比較大,授人以魚(yú)不如授人以漁,2機(jī)械混合法,乳化燃料的穩(wěn)定性直接影響其燃用效果： 穩(wěn)定性好，燃料燃燒狀況穩(wěn)定； 穩(wěn)定性差，燃 料易出現(xiàn)油水分層等變化，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作不平穩(wěn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)熄火現(xiàn)象,授人以魚(yú)不如授人以漁,第三節(jié) 天然氣,一、天然氣的資源 天然氣的主要成分是: 甲烷(CH：)，體積一般占天然氣的80一99； 天然氣中還含有乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等氣體化合物和氫氣、氮?dú)狻⒍趸?、硫化氫等氣體元素， 天然氣分: 氣田氣和油田氣,授人以魚(yú)不如授人以漁,授人以魚(yú)不如授人以漁,二、天然氣的主要物化特性天然氣

13、的主要物化特性如表36所示,授人以魚(yú)不如授人以漁,三、天然氣的特點(diǎn),1)著火極限寬 (2)與空氣的理論混合氣熱值低 (3)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊?(4)點(diǎn)火能量高 (5)抗爆燃性能好 (6)密度小 (7)排放污染小 (8)攜帶性較差 (9)使用天然氣可使發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損減小,授人以魚(yú)不如授人以漁,四、天然氣在汽車上的使用,1天然氣的存在形式分為： 壓縮天然氣(CNG) 液化天然氣(LNG)兩種。 (1)壓縮天然氣(CNG) ： 天然氣脫水、脫硫凈化處理，多級(jí)壓縮至20MPa左右存貯在氣瓶，經(jīng)減壓器減壓供給發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒 (2)液化天然氣(LNG) ： 天然氣經(jīng)過(guò)一定工藝，在-1620C左右變?yōu)橐簯B(tài)，存貯在高壓

14、氣瓶中。液化天然氣工作壓力降低，儲(chǔ)氣瓶體積減小，續(xù)駛里程延長(zhǎng)。 對(duì)低溫貯存技術(shù)要求較高,授人以魚(yú)不如授人以漁,2天然氣汽車類型,天然氣汽車根據(jù)天然氣的儲(chǔ)存形式，分為： 壓縮天然氣汽車、液化天然氣汽車。 (1)壓縮天然氣汽車按燃料供給系統(tǒng)不同分： 專用壓縮天然氣汽車、壓縮天然氣與汽油兩用燃料汽車、壓縮太然氣與柴油雙燃料汽車 目前國(guó)內(nèi)外發(fā)展較快的是壓縮天然氣汽車,授人以魚(yú)不如授人以漁,我國(guó)車用壓縮天然氣的技術(shù)指標(biāo) 表3-7所示,授人以魚(yú)不如授人以漁,2天然氣汽車類型,專用壓縮天然氣汽車： 以CNG作為唯一燃料，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供給系統(tǒng)專為CNG燃料設(shè)計(jì)充分發(fā)揮CNG燃料特點(diǎn)。 壓縮天然氣與汽油兩用燃料

15、汽車： 對(duì)現(xiàn)成汽油車改裝而成，有兩套燃料供給系統(tǒng)，一套為保留的原車供抽系統(tǒng)，另一套為增加的CNG供給裝置。發(fā)動(dòng)機(jī)可以分別使用CNG和汽油作為燃料，兩種燃料的轉(zhuǎn)換利用選擇開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)未作改動(dòng)，當(dāng)使用天然氣燃料時(shí)，往往不能充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，導(dǎo)致汽車功率下降 壓縮天然氣與柴油雙燃料汽車： 對(duì)現(xiàn)成柴油車改裝而成：燃料供給系統(tǒng)可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況按一定比例同時(shí)供給CNG和柴油兩種燃料。其中，柴油只作引燃燃料，CNG是主要燃料,授人以魚(yú)不如授人以漁,2天然氣汽車類型,2)液化天然氣汽車： 液化天然氣對(duì)貯存技術(shù)要求較高，使得貯存容器的成本高，限制了液化天然氣汽車的發(fā)展。 液化天然氣在貯存能量密度

16、、汽車?yán)m(xù)駛里程、貯存容器壓力等方面優(yōu)于壓縮天然氣能解決壓縮天然氣汽車所有在的一些問(wèn)題 液化天然氣作為天然氣的使用方式之一，是今后的重點(diǎn)發(fā)展方向,授人以魚(yú)不如授人以漁,3天然氣汽車技術(shù),天然氣汽車技術(shù)：汽車用天然氣貯存、加注以及合理運(yùn)用等方面的技術(shù)， 包括： (1)加氣站技術(shù) (2)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù) (3)氣瓶技術(shù),授人以魚(yú)不如授人以漁,第四節(jié) 液化石油氣,一、液化石油氣資源 我國(guó)液化石油氣資源包括油田和石油煉廠兩個(gè)方面 油田的液化石油氣是在伴生氣的處理過(guò)程中的輕烴產(chǎn)品,授人以魚(yú)不如授人以漁,二 液化石油氣的主要物化特性,汽車用液化石油氣的主要成分是內(nèi)烷和了烷，它們的主要物化特忭如表3-9所示,授人以

17、魚(yú)不如授人以漁,三、液化石油氣的特點(diǎn),液化石油氣作為車用替代燃料，比較突出的特點(diǎn)有如下幾方面： (1)抗爆性能高 (2)排放污染小 排放物中CO、HC、NO：等的排污量會(huì)大幅度減少。 (3)火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷?(4)需點(diǎn)火能量高 。 (5)與空氣的理論混合氣熱值低 所以液化石油氣發(fā)動(dòng)機(jī)的功率要比汽油發(fā)動(dòng)機(jī)功率低些。 (6)便于攜帶,授人以魚(yú)不如授人以漁,四、液化石油氣在汽車上的使用,1對(duì)車用液化石油氣的技術(shù)要求 為保證液化石油氣的質(zhì)量能滿足汽車的使用需求， 我國(guó)對(duì)車用液化石油氣的技術(shù)要求如表3-1O所示,授人以魚(yú)不如授人以漁,2液化石油氣汽車類型,液化石油氣汽車按燃料供給系統(tǒng)不同，可分為： 專用液

18、化石油氣汽車、液化石油氣與汽油兩用燃料汽車、液化石油氣與柴油雙燃料汽車等。 專用液化石油氣汽車： LPG作為唯一燃料，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供給系統(tǒng)專為L(zhǎng)PG燃料設(shè)計(jì)，能充分發(fā)揮LPG燃料的特點(diǎn)使用性能最佳。 液化石油氣與汽油兩用燃料汽車： 對(duì)現(xiàn)成汽油車改裝而成。有兩套燃料供給系統(tǒng)，一套為保留的原車供油系統(tǒng)，另一套為增加的LPG供給裝置：發(fā)動(dòng)機(jī)可以分別使用LPG和汽油作為燃料，兩種燃料的轉(zhuǎn)換通過(guò)電磁閥實(shí)現(xiàn)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)改動(dòng)較小，當(dāng)使用液化石油氣燃料時(shí)，不能充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，導(dǎo)致汽車性能不如專用液化石油氣汽車。 液化石油氣與柴油雙燃料汽車： 對(duì)現(xiàn)成柴油車改裝而成：同液化石油氣與汽油兩用 燃料汽車一樣，也有兩全燃料供給系統(tǒng)，一套為原柴抽供給系統(tǒng)，另一套為增加的LPG供給裝置。兩套燃料供給系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況技一定比例同時(shí)供給LPG和柴油兩種燃料。其中，柴油只作引燃燃料，LPG是主要燃料,授人以魚(yú)不如授人以漁,第五節(jié) 氫 氣,作為內(nèi)燃機(jī)燃料的特點(diǎn)： 特點(diǎn)一： 氫氣可用水來(lái)制取，氫氣燃燒后又生成水快速的資源循環(huán)，使得氫能源取之不盡