第二章替代能源汽車

1、第二章第二章 替代能源汽車替代能源汽車 天然氣汽車 液化石油氣汽車 醇類燃料汽車 氫氣汽車 電動汽車 本章學(xué)習(xí)重點(diǎn) 掌握有關(guān)替代能源汽車的基本概念 掌握替代能源汽車特有結(jié)構(gòu)的特征和基本工作原理 明確替代能源汽車合理運(yùn)用的特殊事項(xiàng) 掌握替代能源汽車評價(jià)的基本知識 第一節(jié)第一節(jié) 天然氣汽車天然氣汽車 一、一、天然氣汽車概述天然氣汽車概述 天然氣汽車主要成份是天然氣汽車主要成份是甲烷甲烷 表21 天然氣與汽油的理化特性的比較特性值天然氣汽油密度(氣態(tài),kg/m3)0.7185.093低熱值(MJ/kg)49.5444.52理論空燃比(重量)17.214.7理論混合氣熱值(MJ/m3)3.363.82

2、沸點(diǎn)(,常壓)-162100汽化潛熱(kJ/kg)510297自燃溫度(大氣中, )650500點(diǎn)火界限燃料體積比(%)5.3151.26點(diǎn)火界限當(dāng)量比()0.651.60.73.5表24 世界主要國家CNG汽車數(shù)量及加氣站數(shù)量 國家 CNG汽車數(shù)量/萬輛 CNG加氣站數(shù)量/座阿根廷40.1531意大利29284俄羅斯20.5187美國6.61102新西蘭2.5190加拿大1.7120巴西1.439其他2.9319合計(jì)104.72772 天然氣汽車作為一種清潔汽車，由于其低排放、天然氣汽車作為一種清潔汽車，由于其低排放、安全可靠、技術(shù)成熟、有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益安全可靠、技術(shù)成熟、有良好的

3、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益而被廣泛應(yīng)用于世界而被廣泛應(yīng)用于世界40多個國家和地區(qū)。多個國家和地區(qū)。 二、天然氣汽車的類型 (一) 按儲存天然氣的壓力和形態(tài) 壓縮天然氣汽車(CNGV) 常壓天然氣汽車(NNGV) 液化天然氣汽車(LNGV) 吸附天然氣汽車(ANGV)(二) 按燃料的組成與應(yīng)用 單燃料（CNG）汽車 CNG-汽油兩用燃料汽車 CNG-柴油雙燃料汽車(三) 按燃料供給的控制方式 機(jī)械控制式天然氣汽車 機(jī)電聯(lián)合控制式天然氣汽車 電控式天然氣汽車（開環(huán)和閉環(huán)） 三、壓縮天然氣(CNG)汽車 （一）壓縮天然氣(CNG)供氣專用部件結(jié)構(gòu)及原理 1、負(fù)壓輸出的減壓調(diào)節(jié)器 2、文丘里管結(jié)構(gòu)混合器 文丘

4、里管安裝在空氣濾清器與化文丘里管安裝在空氣濾清器與化油器之間。油器之間。 一方面要使喉管處產(chǎn)生真空度來一方面要使喉管處產(chǎn)生真空度來調(diào)節(jié)減壓調(diào)節(jié)閥的天然氣流量，另一調(diào)節(jié)減壓調(diào)節(jié)閥的天然氣流量，另一方面又要將天然氣與空氣均勻混合。方面又要將天然氣與空氣均勻混合。 混合器喉徑過大，真空度小，不混合器喉徑過大，真空度小，不靈敏；過小，吸人空氣量少，影響空靈敏；過小，吸人空氣量少，影響空燃比，發(fā)動機(jī)功率下降。通氣小孔總?cè)急?，發(fā)動機(jī)功率下降。通氣小孔總截面積應(yīng)與天然氣進(jìn)氣道截面積相匹截面積應(yīng)與天然氣進(jìn)氣道截面積相匹配。配。 3、正壓輸出的減壓調(diào)節(jié)器 基本工作原理：基本工作原理： 每級減壓器由進(jìn)氣閥、減壓室

5、及閥門開閉調(diào)節(jié)裝置、出氣閥等組成。本級出氣閥為下一級減壓室的進(jìn)氣閥。高壓氣體由進(jìn)氣閥進(jìn)入減壓室，體積膨脹，當(dāng)氣體作用于膜片組的推力與進(jìn)氣閥門開啟力相等時，進(jìn)氣閥又被關(guān)閉，使減壓室壓力不再增高，以達(dá)到減壓的目的。等氣體從出氣閥流出時，減壓室壓力降低，氣體對膜片組的作用力小于進(jìn)氣閥門開啟力，進(jìn)氣閥又被打開，如此周而復(fù)始，使本級減壓室壓力穩(wěn)定在額定壓力，以達(dá)到減壓的目的。 4、比例調(diào)節(jié)混合器基本工作原理：基本工作原理： 當(dāng)發(fā)動機(jī)起動運(yùn)行時，發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管產(chǎn)生真空，混合器氣室B的空氣通過管道E進(jìn)入發(fā)動機(jī)化油器進(jìn)氣管；氣室B產(chǎn)生真空，而氣室A與大氣相通，混合器膜片在大氣的壓力作用下克服膜片組的重力和混合

6、器彈簧的彈力上行，打開天然氣進(jìn)氣管和混合器空氣閥座，天然氣和空氣通過混合器進(jìn)入發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)開始工作?；旌掀髂て鶕?jù)發(fā)動機(jī)化油器進(jìn)氣管的真空度變化上下運(yùn)動，天然氣進(jìn)氣管開度的大小也隨著變化，從而向發(fā)動機(jī)提供不同數(shù)量的天然氣，與空氣形成空燃比合理的混合氣。（二）壓縮天然氣-汽油兩用燃料汽車 CNG-汽油兩用燃料汽車，就是將原來的燃料供給系統(tǒng)保留不變，增加一套“車用壓縮天然氣裝置”。 車用壓縮天然氣裝置天然氣儲氣系統(tǒng)天然氣供給系統(tǒng)油氣燃料轉(zhuǎn)換系統(tǒng)充氣閥、高壓截止閥、天充氣閥、高壓截止閥、天然氣儲氣瓶、高壓管線、然氣儲氣瓶、高壓管線、高壓接頭、壓力傳感器及高壓接頭、壓力傳感器及氣量顯示器等氣量顯示器

7、等 天然氣濾清器、天然氣天然氣濾清器、天然氣高壓電磁閥、減壓調(diào)節(jié)高壓電磁閥、減壓調(diào)節(jié)閥、混合器等閥、混合器等 油氣燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)、天油氣燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)、天然氣電磁閥、汽油電磁然氣電磁閥、汽油電磁閥等閥等 （三） 電控噴射天然氣汽車 1、電控噴氣形式 電控噴氣形式電控噴氣形式 缸外供氣方式 缸內(nèi)供氣方式 主要包括進(jìn)氣道混合器預(yù)混合供主要包括進(jìn)氣道混合器預(yù)混合供氣和缸外進(jìn)氣閥處噴射供氣氣和缸外進(jìn)氣閥處噴射供氣 。 缸外進(jìn)氣閥處噴射是一種較進(jìn)氣缸外進(jìn)氣閥處噴射是一種較進(jìn)氣道混合器預(yù)混合供氣方式更進(jìn)一步的道混合器預(yù)混合供氣方式更進(jìn)一步的供氣方式，該供氣方法是將氣體噴射供氣方式，該供氣方法是將氣體噴射器布置

8、在各缸進(jìn)氣道進(jìn)氣閥處，可實(shí)器布置在各缸進(jìn)氣道進(jìn)氣閥處，可實(shí)現(xiàn)對每一缸的定時定量供氣現(xiàn)對每一缸的定時定量供氣 。 缸內(nèi)噴射是指將氣體燃料直接噴到汽缸內(nèi)噴射是指將氣體燃料直接噴到汽缸內(nèi)，噴氣閥裝在汽缸蓋上。缸內(nèi)，噴氣閥裝在汽缸蓋上。 主要包括缸內(nèi)高壓噴射供氣和低壓噴主要包括缸內(nèi)高壓噴射供氣和低壓噴射供氣。射供氣。 低壓噴射主要用在壓縮比較低的點(diǎn)燃式氣低壓噴射主要用在壓縮比較低的點(diǎn)燃式氣體燃料發(fā)動機(jī)上；高壓噴射主要用在壓縮比較體燃料發(fā)動機(jī)上；高壓噴射主要用在壓縮比較高和壓縮終點(diǎn)噴射的氣體燃料發(fā)動機(jī)上。高和壓縮終點(diǎn)噴射的氣體燃料發(fā)動機(jī)上。2、電控噴氣系統(tǒng)的組成及工作原理 電控噴氣系統(tǒng)電控噴氣系統(tǒng) 空氣

9、供空氣供給系統(tǒng)給系統(tǒng) 空氣供空氣供給系統(tǒng)給系統(tǒng) 空氣供空氣供給系統(tǒng)給系統(tǒng) 空氣濾清器、空氣濾清器、進(jìn)氣管和進(jìn)氣進(jìn)氣管和進(jìn)氣歧管等歧管等 儲氣瓶、燃?xì)膺^濾儲氣瓶、燃?xì)膺^濾器、調(diào)壓器、噴氣器、調(diào)壓器、噴氣閥和輸氣管線等閥和輸氣管線等 傳感器、電控傳感器、電控單元和執(zhí)行元單元和執(zhí)行元件等件等 1) HSV型電控氣體噴氣閥 當(dāng)電磁線圈當(dāng)電磁線圈8斷電時，斷電時，球閥球閥4在進(jìn)氣口和出氣在進(jìn)氣口和出氣口處氣體壓差的作用下口處氣體壓差的作用下向有運(yùn)動，使向有運(yùn)動，使CNG通通道打開，實(shí)現(xiàn)供氣。當(dāng)?shù)来蜷_，實(shí)現(xiàn)供氣。當(dāng)電磁線圈電磁線圈8通電時，銜通電時，銜鐵鐵10產(chǎn)生電磁推力，通產(chǎn)生電磁推力，通過推桿過推桿7

10、，使球閥，使球閥4向左向左運(yùn)動，靠在其密封座上，運(yùn)動，靠在其密封座上，關(guān)閉燃料氣道，停止供關(guān)閉燃料氣道，停止供氣。氣。 2、DDEC天然氣柴油噴射器 四、天然氣汽車性能評價(jià) （一）較低的污染排放 與空氣混合充分、燃燒徹底，可大幅度降低CO和HC的排放量 天然氣火焰溫度低，也會使NOx排放量減少 天然氣是碳?xì)湓颖茸钚〉臒N類化合物，以產(chǎn)生相同熱量計(jì)算，產(chǎn)生的CO也可比汽油、柴油降低15以上 表23 天然氣與汽油的排放對比環(huán)境溫度燃料種類排放物(g/km)COCO2NOXTHCNMHC24天然氣0.156229.30.0250.0680.006汽油1.21302.70.140.1740.14-20

11、天然氣0.21289.60.060.080.006汽油5.87356.10.390.920.83平均減少百分比(%)91.521.583.576.0 97.5（二）良好的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性 天然氣的研究法辛烷值130，這就意味著燃用天然氣比燃用汽油時，許用壓縮比可高24個單位。很顯然，壓縮比高，熱效率就高。 天然氣與空氣的混合氣形成質(zhì)量比汽油與空氣的好，混合均勻與分配均勻有利于提高燃燒的完全度。 （三）可靠的安全保障 從燃點(diǎn)看，天然氣的自燃溫度高達(dá)650680，遠(yuǎn)高于汽油的228471，柴油的200300 從著火界限看，天然氣的著火界限范圍為515%，汽油為1.37.6%，天然氣比空氣輕，要形成天然氣

12、點(diǎn)燃的濃度比汽油難得多 在制造要求和質(zhì)量保證上，CNG氣瓶比汽車油箱嚴(yán)格得多 天然氣汽車缺點(diǎn)：1、續(xù)駛里程短 2、動力性變差 表25 汽油機(jī)改燃天然氣后的動力性對比試驗(yàn)結(jié)果序 號型 號壓縮比最大功率(kW)下降率(%) 最大轉(zhuǎn)矩(Nm)下降率(%)汽油 天然氣汽油天然氣1CA10866.7855.518.1294.3249.215.32BQ61006.7592.170.123.933328913.23CA61026.590.470.621.9342.5310.99.24CA61026.7597.173.624.2380.3321.915.45NJ472A7.368.652.1241891561

13、7.56吉爾138A7110.388.519.67格斯53-27783.17017.8第二節(jié) 液化石油氣汽車 一、液化石油氣概述 我國液化石油氣的資源包括油田和石油煉廠兩個方面。 LPG與汽油、柴油等常規(guī)汽車燃料相比，具有燃燒完全、積炭少、排放污染物低、怠速及過渡工況運(yùn)行穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但與天然氣一樣也存在著動力性降低的問題。 液化石油氣的主要成分是丙烷C3H8，此外還含有少量的丁烷C4H10、丙烯C3H6和丁烯C4H8。 車用液化石油氣必須保證其使用安全性、抗爆性和良好的起動性和排放性等，我國制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：SY/Y7548-1998汽車用液化石油氣。 表2-6 液化石油氣與汽油、柴油以及天

14、然氣的理化特性的比較項(xiàng)目汽油柴油天然氣液化石油氣物理狀態(tài)液態(tài)液態(tài)氣態(tài)氣態(tài)汽車上的存儲狀態(tài)液態(tài)液態(tài)氣態(tài)或液態(tài)液態(tài)在常壓下的沸點(diǎn)（）30220180370-161.5-0.5低熱值（MJ/kg）44.524349.5445.31汽化潛熱（kJ/kg）297510丙烷：-41 丁烷：02辛烷值（RON）9112094十六烷值274060自燃點(diǎn)（）260700丙烷：358.2 丁烷：373.2最低點(diǎn)火能量（MJ）0.250.3分子量10011522616丙烷：41 丁烷：58在空氣中的可燃范圍比（%）1.37.6515二、液化石油氣汽車的結(jié)構(gòu)與工作原理 (一一) 液化石油氣汽車液化石油氣汽車 蒸發(fā)調(diào)壓

15、器蒸發(fā)調(diào)壓器 多數(shù)LPG蒸發(fā)調(diào)壓器是集預(yù)熱、蒸發(fā)、減壓、調(diào)壓功能于一體，LPG被發(fā)動機(jī)冷卻水加熱后蒸發(fā)氣化，再經(jīng)減壓(接近大氣壓)供發(fā)動機(jī)使用。1、一級減壓室 來自儲氣瓶的LPG從進(jìn)口8流入蒸發(fā)調(diào)壓器高壓腔，在自身壓力的作用下壓開一級閥門1，并進(jìn)入一級減壓室6。在此被蒸發(fā)、氣化成氣體并得到了第一次減壓，壓力被減小到0.140.25MPa 。 隨著6中的氣體數(shù)量增多，室內(nèi)壓力升高。推動一級膜片3向上運(yùn)動，壓迫一級彈簧4，固定在一級膜片3上的掛鉤將一級杠桿2向上拉起，關(guān)閉一級閥門1，阻斷LPG的進(jìn)入。 隨著6中的LPG陸續(xù)進(jìn)入二級減壓室17，一級減壓室6中的氣壓降低。當(dāng)壓力降至某一值時，一級彈簧4

16、使一級膜片3向下移動，帶動一級杠桿2動作，打開一級閥門1，LPG又進(jìn)入一級減壓室6。 于是一級減壓室中的LPG壓力處于動態(tài)平衡狀態(tài)。增加一級彈簧4的預(yù)緊力、減小一級閥門1的阻尼等可使一級減壓室壓力和出氣量增大，反之則使一級減壓室壓力和出氣量減小。 2、二級減壓室、二級減壓室 二級減壓室二級減壓室17的作用是使的作用是使LPG的壓力進(jìn)一步降低至接近負(fù)的壓力進(jìn)一步降低至接近負(fù)壓。來自一級減壓室壓。來自一級減壓室6的石油氣經(jīng)過二級閥門的石油氣經(jīng)過二級閥門25進(jìn)入二級減壓室進(jìn)入二級減壓室17時壓力進(jìn)一步降低時壓力進(jìn)一步降低(降至大氣壓附近降至大氣壓附近)，之后經(jīng)由，之后經(jīng)由LPG燃料出燃料出口輸往混合

17、器?？谳斖旌掀?。 隨著進(jìn)入二級減壓室隨著進(jìn)入二級減壓室17中的氣體數(shù)量的增多，室內(nèi)壓力升中的氣體數(shù)量的增多，室內(nèi)壓力升高，當(dāng)室內(nèi)壓力大于平衡壓力的時候，推動二級膜片高，當(dāng)室內(nèi)壓力大于平衡壓力的時候，推動二級膜片18向下運(yùn)向下運(yùn)動，這時減壓室內(nèi)體積增大，使得室內(nèi)壓力減小。當(dāng)室內(nèi)壓力動，這時減壓室內(nèi)體積增大，使得室內(nèi)壓力減小。當(dāng)室內(nèi)壓力小于平衡壓力的時候，在壓差的作用下，推動二級膜片向上運(yùn)小于平衡壓力的時候，在壓差的作用下，推動二級膜片向上運(yùn)動，使得室內(nèi)壓力增加。動，使得室內(nèi)壓力增加。 于是二級減壓室于是二級減壓室17中的中的LPG壓力處于動態(tài)平衡狀態(tài)。增加壓力處于動態(tài)平衡狀態(tài)。增加二級膜片彈簧

18、二級膜片彈簧19的預(yù)緊力、減小二級閥門的預(yù)緊力、減小二級閥門25的阻尼等可使二級的阻尼等可使二級減壓室減壓室17的壓力和出氣量增大，反之則使二級減壓室壓力和出的壓力和出氣量增大，反之則使二級減壓室壓力和出氣量減小。氣量減小。3、不同工況下混合氣濃度的實(shí)現(xiàn)1)怠速系統(tǒng)問題提出：在怠速工況下，廢氣系數(shù)大(節(jié)氣門開度幾近為零，進(jìn)入氣缸的空氣量很少)、燃燒惡化的情況仍然存在。為了保證怠速工況的正常運(yùn)行，必須提供很濃的混合氣。解決方案：利用真空管13將節(jié)氣門后的真空引入真空氣室15，使真空膜片壓縮真空膜片彈簧16并帶動二級閥門25開度增大，進(jìn)入二級減壓室17的LPG便增多，這樣就滿足了怠速工況對可燃?xì)獾?/p>

19、需要。若發(fā)動機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)，混合器喉口處及節(jié)氣門后的真空度均消失，二級閥門25在真空膜片彈簧16的作用下關(guān)閉，停止向混合器供給LPG，起到停機(jī)斷氣的安全作用。 2)主供氣系統(tǒng) 主供氣系統(tǒng)主要由混合器、二級減壓室和真空室組件等組成。在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，隨著節(jié)氣門開度的增大及轉(zhuǎn)速的升高，混合器喉口處的真空度亦不斷增大，這一真空度通過主通道傳至二級減壓室使二級閥門25的開度增大，引出較多的LPG以滿足發(fā)動機(jī)的需要。 怠速系統(tǒng)的真空氣室15還具有一定的的校正功能。當(dāng)節(jié)氣門開大時，一方面進(jìn)入的空氣量增加，同時，混合器喉口處的真空度增加，蒸發(fā)調(diào)壓器輸出的LPG量增加，如果進(jìn)入混合器空氣量的增加速度趕不上蒸

20、發(fā)調(diào)壓器LPG燃料出氣量的增加速度，混合氣反而會變濃。而此時由于真空孔處真空度下降，真空氣室15真空度亦跟著下降，真空彈簧16在預(yù)緊力的作用下將真空膜片壓向下方，通過二級杠桿20迫使二級閥門25的開度減小，以減少調(diào)壓器的出氣量，從而防止混合氣隨著負(fù)荷的增加變得過濃。 3)起動系統(tǒng) 問題提出：在起動工況時，因轉(zhuǎn)速很低，混合器喉口處的氣流速度及真空度均很低，因此，二級閥門25的開度很小，不能將燃?xì)馕龌蛘呶龅臄?shù)量很少，致使氣缸內(nèi)的混合氣過稀，難以保證其著火與燃燒。為此LPG發(fā)動機(jī)也需要在供氣系統(tǒng)中專設(shè)起動系統(tǒng)。 解決方案：起動電磁閥26控制連接一級減壓室6和二級減壓室17的旁通氣道的啟閉。起動時

21、，起動電磁閥26接通，旁通氣道開啟，于是一級減壓室6中較高壓力的LPG經(jīng)起動加濃量孔27直接進(jìn)入二級減壓室17，二級減壓室內(nèi)氣體的壓力和數(shù)量激增，從而保證向發(fā)動機(jī)提供額外的LPG，使LPG發(fā)動機(jī)得以順利著火起動。隨著LPG發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，混合器喉管中的真空度增加，二級減壓室17的閥門25開度相應(yīng)增大，從二級減壓室17引出的LPG數(shù)量增多至可保證發(fā)動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，起動電磁閥26關(guān)閉，旁通氣道被截?cái)唷?(二) 單燃料（LPG）汽車 （三）液化石油氣（三）液化石油氣-汽油兩用燃料汽車汽油兩用燃料汽車 三、液化石油氣汽車的性能評價(jià)（一）LPG汽車的動力性 （二）LPG汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性 （三）LPG汽車

22、的排放由于由于LPG與空氣混合與空氣混合氣的形成質(zhì)量優(yōu)于汽氣的形成質(zhì)量優(yōu)于汽油與空氣混合氣，燃油與空氣混合氣，燃燒較為完全，在整個燒較為完全，在整個混合氣濃度范圍內(nèi)，混合氣濃度范圍內(nèi)，燃用燃用LPG比燃用汽油比燃用汽油的的HC排放濃度低，排放濃度低，其其CO排放與燃用汽排放與燃用汽油相比大幅度下降。油相比大幅度下降。 第三節(jié) 醇類燃料汽車 一、醇類燃料汽車概述 醇類燃料主要是指甲醇和乙醇 。醇類燃料可以和汽油或柴油按一定的比例配制而成混合燃料，也可以直接采用醇類燃料作為發(fā)動機(jī)的燃料。 醇類燃料的來源廣，制取方式多。甲醇可以從煤炭、天然氣、煤層氣，可再生生物資源、分類垃圾等物資中制??；乙醇的原料

23、主要是含糖、含淀粉的農(nóng)作物，如甜菜、甘蔗、玉米、草桿等。 甲醇和乙醇都屬有機(jī)化合物，是無色透明、易揮發(fā)的可燃液體。與汽油相比，熱值低、汽化潛熱大、抗暴性好、含氧量高等，另外，醇類燃料吸水性強(qiáng)、化學(xué)活性高、容易發(fā)生早燃等。 表表2-9 甲醇、乙醇與汽柴油的理化性質(zhì)對比甲醇、乙醇與汽柴油的理化性質(zhì)對比性 質(zhì)甲 醇乙 醇汽 油柴 油化學(xué)式CH3OHC2H5OHC4-12烴合物C16-23烴合物相對分子質(zhì)量324695120180200碳(%)37.552.585888688氫(%)12.51312151213.5氧(%)5034.8000.4C/H33.9715.67.46.47.2密度(20)(k

24、g/L)0.7920.78930.720.780.820.86沸點(diǎn)()64.878.530200175360凝固點(diǎn)()-98-114-57-1-4粘度(20)(mPas)0.61.20.650.853.08.0質(zhì)量低熱值(HL)(MJ/kg)20.2627.244.5243汽化潛熱(kJ/kg)1109904297辛烷值或十六烷值112(RON)111(RON)91(RON)4055閃點(diǎn) ( )1121-45-75比熱容(20)(KJ/kg)2.552.722.31.9理論混合氣熱值(MJ/kg)3.563.663.823.36導(dǎo)電率(20)(S/m)4.410-51.3510-7110-13

25、溶解水00醇類燃料的主要特點(diǎn) 辛烷值比汽油高 汽化潛熱大 熱值低 腐蝕性大 醇混合燃料容易發(fā)生分層 二、醇類燃料在發(fā)動機(jī)上的燃用方式 1、摻燒 摻燒是醇類燃料在汽車上的主要應(yīng)用方式。為使內(nèi)燃機(jī)燃用醇燃料時能有良好的效果，可采用不同的摻燒方式，調(diào)整混合燃料的性質(zhì)，改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)良好的摻燒及控制裝置。 在混合燃料中甲醇或乙醇的容積比例分別以MX或EX表示 。如乙醇占10、20，即以E10、E20表示，純乙醇燃料用El00表示。 2、純燒 混合氣的形成裝置必須與醇較低的熱值及較少的空氣需要量相適應(yīng)。 加大輸油泵的供油能力，以避免氣阻。 采用高壓縮比以充分利用醇高辛烷值的特性。 更合適的混合氣形

26、成裝置。 火花塞和火花塞間隙的選擇，壓縮比提高后，宜采用冷型火花塞。 解決冷起動不利的因素。 加大燃料箱，以保證必要續(xù)駛里程。 改善有關(guān)零件的抗腐蝕性和抗溶脹性等。 3、甲醇改質(zhì) 甲醇改質(zhì)是利用發(fā)動機(jī)排氣的余熱將甲醇改成為H2和CO，然后再輸往發(fā)動機(jī)。 332()()2CH OHCH OHHCO吸熱催化劑液態(tài)氣態(tài) 甲醇蒸發(fā)需要吸收汽化潛熱，氣體甲醇改質(zhì)也需要吸收熱量，故甲醇改質(zhì)后名義熱值為液態(tài)甲醇的1.2倍。 改質(zhì)氣的理論成分為：含氫66.7(mol)，含一氧化碳33.3(mol)。實(shí)際上還會含有少量的甲烷和甲醛等，使改質(zhì)氣的熱值降低，火焰?zhèn)鞑ニ俣认陆?，還會使排氣中的HC和CO增加。 表2-1

27、1 甲醇改質(zhì)燃料特性項(xiàng)目甲醇改質(zhì)氣甲醇汽油分子式或成分33.3%(mol)CO 66.7%(mol)H2 CH3OHC8H18(以辛烷值為代表)分子量10.6532114理論空燃比6.516.5114.8低熱值(MJ/kg)24.3120.2644.52理論混合氣熱值(MJ/m3)3.4333.563.82最大火焰?zhèn)鞑ニ俣?cm/s)21530著火界限(過量空氣系數(shù))0.470.470.51.3最小點(diǎn)火能量(理論混合比下)0.018(H2)0.250.31、甲醇改質(zhì)氣的的低熱值比、甲醇改質(zhì)氣的的低熱值比甲醇高，但混合氣熱值比甲甲醇高，但混合氣熱值比甲醇略低醇略低2、火焰?zhèn)鞑ニ俣冗h(yuǎn)遠(yuǎn)大于汽、火焰

28、傳播速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于汽油，這個特性有利于熱效率油，這個特性有利于熱效率的提高的提高3、著火界限很寬，很容易實(shí)、著火界限很寬，很容易實(shí)施稀混合氣燃燒，提高熱效施稀混合氣燃燒，提高熱效率率4、辛烷值高，許用壓縮比高、辛烷值高，許用壓縮比高5、甲醇改質(zhì)氣有效地回收了、甲醇改質(zhì)氣有效地回收了一部分排氣熱量，有利于熱一部分排氣熱量，有利于熱效率的提高。效率的提高。 甲醇改質(zhì)裝置 甲醇甲醇 熱交換器熱交換器 改質(zhì)器改質(zhì)器 改質(zhì)管改質(zhì)管 熱交換器熱交換器 進(jìn)氣管進(jìn)氣管預(yù)熱預(yù)熱氣態(tài)氣態(tài)H2+CO冷卻冷卻4、變性燃料乙醇 指乙醇脫水后再添加變性劑而生成的以乙醇為主92.1%（V/V）的燃料。 表2-10 我國變性燃

29、料乙醇國家標(biāo)準(zhǔn)（摘）項(xiàng)目質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)乙醇（%）（V/V） 不小于92.1銅含量（mg/kg） 不大于0.1甲醇（%）（V/V） 不大于0.5乙醇含量（mg/L） 不大于32水分（%）（V/V） 不大于0.5銅含量（mg/kg） 不大于0.08實(shí)際膠質(zhì)（mg/100mL） 不大于5.0 改性劑（%）（m/m） 不小于 改性劑（%）（m/m） 不大于 1.964.76無機(jī)氯（mg/L） 不大于40外觀清澈透明，無懸浮物和沉淀汽車燃用醇類燃料時應(yīng)注意的問題： 醇是一種溶劑，發(fā)動機(jī)使用初期，燃油系統(tǒng)零部件、油路和燃油管壁上沉積物會剝落，導(dǎo)致濾清器堵塞，一些黑色金屬和有色金屬將腐蝕。應(yīng)進(jìn)行橡膠長

30、時間浸泡試驗(yàn)及耐腐蝕試驗(yàn)。 長期使用醇-汽油混合燃料，潤滑油酸值和粘度將會增加，在發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)部件中，易產(chǎn)生油污，導(dǎo)致拉缸。應(yīng)在潤滑油中添加清潔劑及中和酸性物質(zhì)的添加劑。 使用摻醇汽油后，汽車燃油耗和發(fā)動機(jī)動力性有所下降?？蛇m當(dāng)提高壓縮比和加大點(diǎn)火提前角，對電噴發(fā)動機(jī)進(jìn)行匹配，延長噴油時間。 醇的氣化潛熱比汽油高，在寒冷地區(qū)會使混合燃料難以氣化，不易起動。 容易分層，使汽油和醇互溶性變差，影響燃油的品質(zhì)。 三、醇類燃料在發(fā)動機(jī)上的參數(shù)選擇 汽油機(jī)使用醇類燃料時的參數(shù)選擇 提高壓縮比 改善燃油分配均勻性及供油特性 混合氣空燃比的調(diào)整 火花塞及點(diǎn)火時間的選擇 柴油機(jī)使用醇類燃料時的參數(shù)選擇 壓縮

31、比的選擇 電熱塞與火花塞 四、醇類燃料在汽車上的應(yīng)用M2566LUH型增壓中冷甲醇發(fā)動機(jī)型增壓中冷甲醇發(fā)動機(jī) 甲醇與柴油在汽車發(fā)動機(jī)上的缸內(nèi)預(yù)混甲醇與柴油在汽車發(fā)動機(jī)上的缸內(nèi)預(yù)混噴油噴油 五、醇類燃料發(fā)動機(jī)性能評價(jià) 評價(jià)參數(shù)燃料種類甲醇乙醇混合汽油汽油輕柴油動力性、經(jīng)濟(jì)性比功率kW/kg)0.7350.7350.7350.7350.1470.368熱效率(%)405030352530035耗油(L/kWh)0.540.540.340.400.27排氣成分NOx微稍多SOx無微少CO少微HC微少碳煙無微多甲醛、醇多微少環(huán)境影響變質(zhì)性微少稍多光化學(xué)煙霧微少稍多環(huán)境毒性少稍多第四節(jié) 氫氣汽車一、氫燃

32、料汽車概述 氫氣在常溫常壓下為無色、無味、無毒的氣體。氫是宇宙中最豐富的物質(zhì)，也是地球上儲量最豐富的資源，自然界的氫絕大部分以化合態(tài)的形式存在，最常見的便是水和有機(jī)物。表2-14 H2的主要物理化學(xué)性質(zhì)項(xiàng) 目內(nèi)容或數(shù)值分子量2.02沸點(diǎn)-252.8蒸發(fā)潛熱Jg447低熱值MJ/kg119.9在空氣混合中的爆炸極限 %(VV)475自燃溫度580閃點(diǎn)最大燃燒速度 cms291.2理論混合比下的點(diǎn)火能量MJ0.02最小點(diǎn)火能量 MJ0.018理論混合比下的淬熄距離cm0.06最小淬熄距離cm0.06空氣中的火焰溫度2045從火焰輻射的能量%1725氫主要有以下特點(diǎn)： 氫是所有元素中質(zhì)量最輕的。 氫

33、的沸點(diǎn)為-253，常溫常壓下為氣體，攜帶性和安全性差。 氫極易點(diǎn)燃，最小點(diǎn)火能量只有汽油的1/3，火焰?zhèn)鞑ヌ匦砸埠芎?，容易?shí)現(xiàn)稀薄燃燒；但自著火溫度(在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下)高達(dá)850K，高于柴油的620K和汽油的770K。 氫的質(zhì)量低熱值非常高，是汽油的2.7倍。但單位體積的發(fā)熱量只有汽油的1/20 。 氫燃料中不含碳元素，因而不排放CO、HC及硫化物。燃燒后生成H0，而沒有CO。 儲存不便 。 動力性較差 。二、氫的制取與儲存 (一) 氫的制取 電解水制氫是目前應(yīng)用比較廣泛且比較成熟的方法之一，近年來利用熱化學(xué)循環(huán)分解水來獲得氫的方法也得到了很好的發(fā)展。 SO2十2H2O十I2 H2SO4十2H

34、I H2SO4 SO2十H2O十O2 2HI I2十H2 總反應(yīng)為：H2O H2十O2 Co97 CO870 CO300（二）氫的儲存 低溫吸附方法 復(fù)雜金屬氫化物的分解 寶馬汽車公司的儲氫箱 納米碳素纖維儲存氫氣 德國新的氫氣轉(zhuǎn)換技術(shù) 三、氫燃料汽車的類型及應(yīng)用（一）氫燃料汽車的分類 氫燃料汽車的分類氫燃料汽車的分類 按儲存的壓按儲存的壓力和形態(tài)力和形態(tài) 按混合氣按混合氣形成方式形成方式 壓縮氫汽車壓縮氫汽車 液化氫汽車液化氫汽車 吸附氫汽車吸附氫汽車 預(yù)混預(yù)混 缸內(nèi)直噴缸內(nèi)直噴 （二）氣態(tài)氫燃料在汽車上的應(yīng)用（三）液態(tài)氫燃料在汽車上的應(yīng)用 四、氫燃料汽車的性能評價(jià)（一）動力性和經(jīng)濟(jì)性 在機(jī)

35、外使氫氣與空氣混合，那么由于容積效率低，發(fā)動機(jī)功率比原汽油機(jī)低2030;如果將冷氫在進(jìn)氣門關(guān)閉以后，以較高壓力噴人燃燒室，那么由于充量密度較高，燃燒完善，功率有可能比原汽油機(jī)提高15左右。 另外使用氫燃料后，有害排放物種類比原排放明顯減少。 表表2-15 純氫燃料發(fā)動機(jī)與原汽油機(jī)的性能比較純氫燃料發(fā)動機(jī)與原汽油機(jī)的性能比較汽車或發(fā)動機(jī)型號儲氫方法效率變化功率變化Musashi-4型，3缸機(jī)液氫30%25%Musashi-7壓燃式發(fā)動機(jī)液氫18%11%Rosa小面包車高壓儲氫15%爬坡可達(dá)到原車速單缸實(shí)驗(yàn)發(fā)動機(jī)高壓儲氫45%4缸BMW520液氫，外部混合11%6缸BMW7451液氫，缸內(nèi)噴射6%

36、表表2-16 摻氫燃料發(fā)動機(jī)與原汽油機(jī)的性能比較摻氫燃料發(fā)動機(jī)與原汽油機(jī)的性能比較 汽車或發(fā)動機(jī)型號儲氫方法功率變化摻氫比例%4缸Volga Ta324180kgLaNi18%能量比48%，質(zhì)量比24%（二）排放性 氫完全燃燒的產(chǎn)物只有H0這么一種無害的物質(zhì)，實(shí)際上由于空氣參與燃燒，空氣中的氮在燃燒的高溫下會生成NO，在廢氣中還會含有末參與燃燒的N和剩余的O，以及沒有來得及燃燒的H。此外，如果潤滑油竄人燃燒室，則廢氣中還會含有石油燃料的排放物如CO、HC、CO、醛甚至微粒，不過很少。 表2-17 氫燃料道奇D50型載貨車排放（gmile（gkm）HCCONOx冷起動0.03（0.019）0.0

37、9（0.056）0.57（0.356）熱起動0.03（0.019）0.10（0.063）0.45（0.281）第五節(jié) 電動汽車 電動汽車電動汽車 純電動純電動汽車汽車 混合動力混合動力電動汽車電動汽車 燃料電池燃料電池電動汽車電動汽車 完全由蓄電池提供完全由蓄電池提供電能，經(jīng)過電動機(jī)電能，經(jīng)過電動機(jī)和驅(qū)動系統(tǒng)，驅(qū)動和驅(qū)動系統(tǒng)，驅(qū)動汽車行駛汽車行駛 同時采用電同時采用電動機(jī)和發(fā)動動機(jī)和發(fā)動機(jī)作為動力機(jī)作為動力驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng) 采用燃料采用燃料電池作電電池作電源源 一、電動汽車的發(fā)展優(yōu)勢以及所面臨的問題(一) 電動汽車的發(fā)展優(yōu)勢 電動汽車結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。 電動汽車是典型的零排放汽車。 電力的來

38、源可以是多樣性的，許多清潔的可再生能源，都可以高效地轉(zhuǎn)化為電能。 減小噪聲污染。 制動能量可回收。 (二) 普及電動汽車所面臨的問題 表2-18 電動汽車、混合動力電動汽車和傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的比較項(xiàng)目電動汽車混合動力電動汽車傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車尾氣排放無少量多能量來源廣廣窄能量轉(zhuǎn)換率高適中低高效工況區(qū)范圍寬適中窄制動能量的回收有有無行使里程短較長長裝載能源蓄電池蓄電池、汽油（柴油）汽油、柴油儲能裝置蓄電池燃料箱、蓄電池燃料箱動力裝置電動機(jī)、控制器電動機(jī)、蓄電池內(nèi)燃機(jī)二、蓄電池二、蓄電池蓄電池蓄電池安全性安全性 可靠性可靠性 價(jià)格費(fèi)用價(jià)格費(fèi)用 功率密度功率密度 循環(huán)壽命循環(huán)壽命 能量密度能量密度 起動性

39、能起動性能 表2-19 國外電動汽車蓄電池主要性能電池類型能量密度（Wh/kg）功率密度（Wkg）單體電池電壓（V）循環(huán)壽命（次）成本(美元/kWh)溫度()主要優(yōu)點(diǎn)主要缺點(diǎn)鉛酸（密封）35702.05500100040價(jià)格低可靠性好比特性差鎳-鐵551001.371000200040壽命長不能密封鎳-鎘502001.31500500040壽命長可快充價(jià)格高有毒鎳-氫（MH）601201.32500520040能量密度高價(jià)格偏高鈉-硫1201402.082000150350 能量密度高、壽命長高溫起動鋅-鎳702001.815075能量密度高壽命短三、電動機(jī) 電動機(jī)選擇的原則應(yīng)該是轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特

40、性與電動汽車的負(fù)載特性匹配良好,即低速發(fā)出大轉(zhuǎn)矩,高速發(fā)出小轉(zhuǎn)矩；動態(tài)特性好，能迅速和平滑地控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，適應(yīng)電動汽車啟動、停車、加速和減速的要求；高的效率、較低的成本、堅(jiān)固以及維修簡單等。 1、異步電動機(jī)特點(diǎn)：總體價(jià)格比直流電動機(jī)高、 效率高、調(diào)速范圍寬、基本免維護(hù)以及體積小質(zhì)量輕。2、永磁式無刷電動機(jī) 永磁式無刷直流電動機(jī)成為最適于電動汽車驅(qū)動的電機(jī)品種之一。 優(yōu)點(diǎn)：永磁式無刷直流電動機(jī)由高能永磁材料勵磁，對于給定的輸出功率，其體積和質(zhì)量可以大為減小，功率密度高；由于轉(zhuǎn)子上無繞組，無銅耗，因此效率高于其他電機(jī)；電機(jī)發(fā)熱主要集中在定子上，易于采取措施散熱；可靠性較高；轉(zhuǎn)子電磁時間常數(shù)小，動

41、態(tài)性能好。 缺點(diǎn)：所需稀土永磁材料的制造工藝復(fù)雜，另外，永磁電機(jī)在大的過載電流下會導(dǎo)致磁性材料的磁性衰遲或者遲磁，使用時要嚴(yán)格控制過載電流，因此成本較高，相應(yīng)它的價(jià)格更貴些。 3、開關(guān)式磁阻電動機(jī) 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，效率高，且容易實(shí)現(xiàn)電動汽車制動時的能量回收，工作特性好，響應(yīng)速度快，制造成本低。 缺點(diǎn)：雙凸極工作造成轉(zhuǎn)矩脈動和噪聲較大。 四、電動汽車基本結(jié)構(gòu)及其工作原理五、混合動力電動汽車 1、串聯(lián)式混合動力電動汽車（SHEV） 結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)比較簡單； 只有電動機(jī)驅(qū)動模式，其動力特性更加趨近于EV，要求發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動電機(jī)的功率都等于或接近于SHEV的最大驅(qū)動功率； 由于該系統(tǒng)的能量在熱能-電能-機(jī)械能之間轉(zhuǎn)換，總效率低于內(nèi)燃機(jī)效率； 由于三大動力總成之間無直接的機(jī)械連接，在布置上具有較大自由度，但同時受限于各總成體