第七講 代用燃料及電動汽車

1、 天然氣是使用最早、最廣泛的一種代用燃料，其使用方式有：1）壓縮天然氣CNG（Compressed Natural Gas）2）液化天然氣LNG（Liquefied Natural Gas）3）吸附天然氣ANG（Adsorbed Natural Gas）4）天然氣水合物NGH（ Natural Gas Hydrate） 從代用燃料到清潔燃料“可燃冰”巖芯樣品釋放的氣體可直接點燃。 到目前為止，全世界在用的天然氣汽車已超過200萬輛： 天然氣汽車較多的國家主要是阿根廷、意大利和巴基斯坦等，而美國是天然氣加氣站最多的國家，約82輛天然氣汽車就有一個加氣站。 在我國，北京、上海、天津、重慶等12個示

2、范城市天然氣汽車保有量已達5.7萬輛，已建成天然氣加氣站233座。 天然氣的主要成分是甲烷，隨產(chǎn)地不同，甲烷的含量為8399，其理論混合比和發(fā)熱量也有差異。 天然氣的研究法辛烷值為130，十六烷值為零，所以只能點燃不能壓燃。 CO、HC和炭煙排出量較少， CO2排出量也較少，未燃HC產(chǎn)生光化學煙霧的可能性小。 1996年，中國石油天然氣總公司發(fā)布的汽車用天然氣技術(shù)要求：1.為確保天然氣的使用安全，壓縮天然氣應有特殊氣味，必要時加入適量加臭劑，保證天然氣的濃度在空氣中達到爆炸下限的20前能被察覺；2.氣體體積為在101.325kPa、20狀態(tài)下的體積。 根據(jù)汽車攜帶天然氣的方式不同劃分：略。 根

3、據(jù)汽車使用的燃料種類多少劃分：1）單燃料天然氣汽車（Natural Gas Dedicated Vehicle）2）兩用（靈活）燃料天然氣汽車（Fuel Flexible Vehicle）3）雙燃料天然氣汽車（Dual Fuel Vehicle） 專用的天然氣發(fā)動機都具有較高的壓縮比，并且采用燃料噴射系統(tǒng)和特制的天然氣用催化凈化器。5SFNE天然氣發(fā)動機的主要參數(shù)： 如圖所示，豐田公司開發(fā)的5SFNE型天然氣發(fā)動機燃料供給系統(tǒng)示意圖：燃氣供給方式及其比較：FU6天然氣發(fā)動機的主要參數(shù)： 如圖所示，日產(chǎn)公司開發(fā)的FU6型天然氣發(fā)動機： 如圖所示，兩用燃料發(fā)動機是指在汽油機的基礎上，保留原有的汽油

4、供給系統(tǒng)，另外再添加一套氣體燃料供給系統(tǒng)，工作時只能使用一種燃料，即要么使用汽油燃料，要么使用氣體燃料。 儲氣系統(tǒng)包括充氣裝置、儲氣瓶、氣壓顯示裝置和手動截止閥等。燃氣供給系統(tǒng)包括天然氣過濾器、減壓調(diào)節(jié)器（簡稱調(diào)壓器）、混合器、低壓軟管及循環(huán)水軟管等。燃料轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)、天然氣截止閥和汽油截止閥等。 如圖所示，雙燃料發(fā)動機是指在柴油機的基礎上，保留原有的柴油供給系統(tǒng)，另外再添加一套氣體燃料供給系統(tǒng)，工作時同時使用兩種燃料，即用噴入氣缸的少量柴油經(jīng)壓燃后引燃氣缸內(nèi)的氣體燃料。 LNG的密度大約比CNG氣高3倍，可彌補CNG能量密度低、續(xù)航里程短及在高壓狀態(tài)下搬運會導致燃料容器的體積增大

5、等缺點。 目前，開發(fā)具有良好絕緣性能和成本低的燃料箱，難度較大，離實用化還較遠。 液化天然氣汽車主要有兩類，即自然吸入方式和強制供給方式。 利用裝在LNG燃料箱上的供給泵，將LNG呈液體狀態(tài)吸入，根據(jù)負荷大小，由供給泵供給必要的液化天然氣。 天然氣發(fā)動機的工作噪聲小、排放性能好，具有良好的應用前景。 但是，直接改裝的兩用燃料發(fā)動機將會導致汽車動力性大幅度下降。 一汽集團開發(fā)研制的天然氣、汽油和液化石油氣發(fā)動機的主要性能指標的比較： 如圖所示，492QC發(fā)動機燃用天然氣和汽油時的轉(zhuǎn)矩和功率曲線： 天然氣是一種清潔燃料，其排放性能的改善幅度是隨著天然氣汽車的排放系統(tǒng)和天然氣汽車的結(jié)構(gòu)類型的不同而改

6、變。 如圖所示，按照美國聯(lián)邦的試驗規(guī)范FTP測試的排放結(jié)果： 如圖所示，按照日本G1015模式對小型乘用天然氣汽車的排放性能測試的結(jié)果： 如圖所示，為重型車用柴油機D-13模式和重型車用汽油機G-13模式的測試結(jié)果： 如圖所示，為天然氣汽車與汽油車排放性能的比較試驗結(jié)果： 如圖所示，是帶有三效催化轉(zhuǎn)化器的閉環(huán)排放控制系統(tǒng)示意圖： 液化石油氣汽車就是以液化石油氣為主要燃料的汽車，簡稱LPG汽車。 與常規(guī)燃料相比，具有燃燒完全、積炭少、排放污染低等優(yōu)點，稱為“清潔燃料”。 液化石油氣的來源有油田和石化廠兩個途徑。 LPG是以含三個或四個炭原子的烴類為主的一種混合物，下表是我國幾個產(chǎn)地的LPG的成分

7、： 中國石油天然氣總公司制定的車用液化石油氣質(zhì)量要求： LPG存儲方式最常見的是罐儲，根據(jù)儲存的溫度、壓力不同，可分為三種形式：1）常溫壓力2）低溫壓力3）低溫常壓 還可以將LPG做成磚形固體，在露天或倉庫中堆放存儲。根據(jù)汽車使用的燃料種類多少劃分：1）單燃料液化石油氣汽車2）兩用（靈活）燃料液化石油氣汽車3）雙燃料液化石油氣汽車 發(fā)動機的燃料供給系統(tǒng)專為燃用LPG而設計，可以充分發(fā)揮LPG的優(yōu)點，使用性能最佳。 如圖所示，兩用燃料液化石油氣汽車大部分是在汽油機的基礎改裝而成的： 是在柴油機的基礎上加裝LPG供給系統(tǒng)改裝而成，柴油供給系統(tǒng)僅向氣缸內(nèi)噴入少量柴油，用于引燃LPG與空氣的混合氣而實

8、現(xiàn)燃燒，對外做功。 如圖所示，是太陽能汽車的基本結(jié)構(gòu)：如圖所示，是太陽能汽車的工作原理： 太陽能電池的類型可分為多晶硅和單體硅，近年來單晶硅越來越成為主流。 太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率是關(guān)鍵問題，目前的轉(zhuǎn)換效率在1423范圍內(nèi)。 電動汽車是以電力作為能源、由電動機驅(qū)動的汽車。 在外形上，電動汽車與傳統(tǒng)汽車并無顯著區(qū)別，其主要區(qū)別在于動力和驅(qū)動系統(tǒng)。 如果一輛汽車同時采用電動機和發(fā)動機作為動力系統(tǒng)，就構(gòu)成了混合動力汽車。 從環(huán)境保護角度看，電動汽車有如下特點：1）電動汽車在行駛中不排放任何有害氣體；2）電動汽車消耗的電能有多種來源。 目前，阻礙電動汽車普及應用的主要問題：1）電池性能不能滿足要求；

9、2）制造成本過高。 如圖所示，電動汽車由電力驅(qū)動系統(tǒng)、主能源系統(tǒng)和輔助控制系統(tǒng)三個子系統(tǒng)構(gòu)成： 混合動力電動汽車在一輛汽車上同時配備電力驅(qū)動系統(tǒng)和輔助動力單元，其中輔助動力單元是燃燒某種燃料的原動機或由原動機驅(qū)動的發(fā)電機組。 混合動力電動汽車將原動機、電動機、能量儲存裝置按某種方式組合在一起，有串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式三種布置形式。 如圖所示，串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的工作原理： 即發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電，其電能通過電動機控制器直接輸送到電動機，再由電動機產(chǎn)生電磁力矩驅(qū)動汽車。 如圖所示，并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的工作原理： 即發(fā)動機通過機械傳動裝置與驅(qū)動橋連接，電動機通過動力復合裝置也與驅(qū)動橋相連，汽車可由

10、發(fā)動機和電動機共同驅(qū)動或各自單獨驅(qū)動。 如圖所示，混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的工作原理： 即發(fā)動機發(fā)出的功率一部分通過機械傳動裝置輸送給驅(qū)動橋，另一部分則驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電；電動機產(chǎn)生的驅(qū)動力通過動力復合裝置傳送給驅(qū)動橋；根據(jù)行駛工況靈活采取串聯(lián)方式或并聯(lián)方式工作。 燃料電池（Fule cell）是一種將燃料氧化的化學能直接轉(zhuǎn)換為電能的“發(fā)電裝置”。 雖然習慣上稱為燃料“電池”，但其與一般的化學電池是完全不同的工作原理。 燃料電池汽車的工作原理是：燃料中的氫在汽車搭載的燃料電池中與氧發(fā)生化學反應，產(chǎn)生電能驅(qū)動電動機，進而驅(qū)動汽車行駛。 燃料電池能夠使用多種燃料，可以是石油燃料也可以是有機燃料，并可使用包括再生燃料在內(nèi)的幾乎所有的含氫元素的燃料。 主要有氫氣、甲醇、天然氣和汽油。 燃料電池是由含催化劑的陽極、陰極和離子導電的電解質(zhì)構(gòu)成。燃料在陽極氧化，氧化劑在陰極還原，