發(fā)動機原理_顏伏伍_內(nèi)燃機的代用燃料

1、第六章第六章 內(nèi)燃機的代用燃料內(nèi)燃機的代用燃料第一節(jié)第一節(jié) 發(fā)展代用燃料汽車發(fā)展代用燃料汽車(內(nèi)燃機內(nèi)燃機)的重要性的重要性第二節(jié)第二節(jié) 內(nèi)燃機的代用燃料內(nèi)燃機的代用燃料o一、液體代用燃料 (一)醇類燃料 (二) 二甲醚 ( Dimethyl Ether，縮寫DME) (三) 煤制油 (又稱合成汽油和合成柴油) (四) 生物柴油 o二、氣體代用燃料 (一)石油氣(LPG) (二) 天然氣(NG) (三) 氫氣o三、電能 (一) 電動汽車（Electrical Vehicle，縮寫EV） (二) 混合動力汽車（ Hybrid Electrical Vehicle，縮寫HEV） (三) 燃料電池汽

2、車（Fuel Cell Vehicle，縮寫FCV）內(nèi)容內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 發(fā)展代用燃料汽車發(fā)展代用燃料汽車(內(nèi)燃機內(nèi)燃機)的重要的重要性性 20世紀(jì)60年代后，全世界經(jīng)歷了三次重大的石油危機（第一次1973-1974年，第二次1979-1980年，第三次1990年），與此同時，全球環(huán)境污染嚴(yán)重，它不僅影響到發(fā)達國家，也逐漸影響到發(fā)展中國家。能源尤其是石油資源的匱乏、全球環(huán)境的惡化己成為世界兩大難題，中國也不例外。中國是一個富煤貧油的國家，石油資源不足，有關(guān)統(tǒng)計資料表明，到2001年底止，我國石油的探明可開采儲量為33億t，年產(chǎn)量為1. 6億t左右，儲采比為20/1，而全世界石油的平均儲采比也僅

3、為40/1左右，見表6-1。預(yù)計今后十年，我國的石油缺口將會越來越大。表6-2列出了我國2000 -2010年石油的供需預(yù)測。第二節(jié)第二節(jié) 內(nèi)燃機的代用燃料內(nèi)燃機的代用燃料 內(nèi)燃機的代用燃料可以分為液體與氣體兩種，此外也可用電能來代替燃料，驅(qū)動汽車。 一、液體代用燃料一、液體代用燃料 （一一）醇類燃料醇類燃料 醇類燃料主要有甲醇( CH3OH)和乙醇( C2H5OH) 。甲醇可以從天然氣、煤、生物中提取，乙醇主要是含有糖或淀粉的農(nóng)作物經(jīng)發(fā)酵后制成，它們都是液體燃料。 20世紀(jì)60年代為了控制內(nèi)燃機的排氣污染，一些國家對低污染的醇類燃料發(fā)生興趣，1973年石油危機后，進一步認(rèn)識到代用燃料的重要性

4、。 我國從20世紀(jì)80年代初開始對甲醇燃料在內(nèi)燃機中部分代用或全部代用作了相當(dāng)廣泛的研究，先后組織了M15（甲醇比例）甲醇汽油發(fā)動機的臺架試驗和車隊試驗，組織了M85甲醇汽油和M100全甲醇發(fā)動機的開發(fā)和試驗車隊，取得了豐富的經(jīng)驗。當(dāng)前我國石油資源嚴(yán)重短缺，醇類燃料的開發(fā)應(yīng)用，有利于發(fā)揮我國的資源優(yōu)勢。 E10（乙醇比例）o常用的代用燃料與汽油、柴油的物理化學(xué)特性的比較見表6-3。從表6-3所列的醇類燃料的性質(zhì)可以看到: 1) 醇類燃料的低熱值比汽油的低，甲醇僅為汽油的46%，乙醇為汽油的62%;但甲醇、乙醇燃燒時的理論空氣量也少，甲醇為汽油的43%，乙醇為汽油的60%。應(yīng)增大循環(huán)供油量。 2

5、) 醇類燃料的蒸發(fā)潛熱比汽油大得多，甲醇為1101kJ/kg，乙醇為862kJ/kg，甲醇為汽油的3.7倍，乙醇為汽油的2.9倍，從而使混合氣在燃料蒸發(fā)時溫降大(甲醇為汽油的7倍，乙醇為汽油的4.16倍)。有利于提高發(fā)動機的充量系數(shù)和動力性，但不利于燃料在低溫下的蒸發(fā)，滯燃期長，應(yīng)適當(dāng)增大點火提前角。 3) 醇類燃料的辛烷值高，甲醇為109，乙醇為110，在汽油機上使用時，可以提高壓縮比，有利于提高發(fā)動機的動力性能和經(jīng)濟性能。醇類燃料的十六烷值低，在柴油機上使用時，需要采用助燃措施。 1. 醇類燃料的物化特性和使用特性醇類燃料的物化特性和使用特性 汽油機可以燃用醇與汽油的混合燃料，醇類燃料在汽

6、油中的互溶度通常與環(huán)境溫度有關(guān)，如圖6-1所示2。 圖中線外是互溶區(qū)，線內(nèi)是兩液的分層區(qū)。當(dāng)混合燃料以汽油為主或以甲醇為主時，能互溶的溫度較低，而當(dāng)兩液接近摻半混合時，互溶要求的溫度較高。為使甲醇與汽油的混合燃料在常溫和低溫下保持單相而不分層，必須加中高碳醇 ( 如異丁醇 )、苯、丙酮等做助溶劑。試驗表明:在0溶解20%的甲醇僅需3. 5%容積比的雜醇。 2 醇類燃料在汽油中的溶解度和助溶劑醇類燃料在汽油中的溶解度和助溶劑 乙醇與汽油的混合油在吸水或摻水后互溶的性能要比甲醇穩(wěn)定，但仍需控制它的含水量。圖6-22所示為乙醇在汽油和重柴油中的互溶臨界溫度及其與含水率的關(guān)系，當(dāng)乙醇含水率愈高，它能溶

7、于汽油或柴油的臨界溫度越高(即愈難溶解于汽油或柴油)。由于乙醇的相對密度與汽油比較接近，它溶解于汽油的臨界溫度(曲線2)要比溶解于重柴油的溫度(曲線l)低13-15。圖6-32所示為乙醇與重柴油、輕柴油互溶溫度與乙醇容積比的關(guān)系，以乙醇為主或以柴油為主時，能互溶的溫度較低，而乙醇與輕柴油的互溶溫度要低于重柴油。 (1)在點燃式發(fā)動機上用醇類燃料 1)醇含量較低的混合燃料的試驗結(jié)果 混合燃料中醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于20%時屬于醇含量較低的混合燃料。在解放牌汽車發(fā)動機CA-l0B上的試驗結(jié)果表明，混合燃料中醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在20%以下時仍能保證發(fā)動機較好的起動性能，在不改變發(fā)動機結(jié)構(gòu)的情況下，燃用摻醇量小

8、于20%的混合燃料可在動力性能稍有改善的同時，降低能耗5%左右，在進一步提高壓縮比后，功率能提高5%-7%，能耗降低6%-10%。在東風(fēng)汽車發(fā)動機EQ6100上的試驗結(jié)果表明，使用M15混合燃料的動力性能與燃用純汽油相當(dāng)或略高，能耗降低3%左右;3 3 醇類燃料在發(fā)動機上的試驗結(jié)果醇類燃料在發(fā)動機上的試驗結(jié)果 若對汽油機結(jié)構(gòu)參數(shù)進行調(diào)整(增大點火提前角和循環(huán)供油量)，則燃用M15的功率比燃用純汽油大，轉(zhuǎn)矩增大3%，能耗降低3.6%;若進一步提高壓縮比，則發(fā)動機的動力性能和經(jīng)濟性能還能進一步提高。 排放方面，燃用混合燃料發(fā)動機的CO, HC, NO:均有不同程度下降，見表6-4。 美國根據(jù)聯(lián)邦試

9、驗規(guī)程，在點燃式發(fā)動機上燃用M15燃料時測得的排放物與燃用汽油的比較見表6-5 , CO, NOx有較大幅度下降，HC則略有增加(通過氧化催化反應(yīng)器進行后處理)。 德國根據(jù)ECE試驗規(guī)程，在點燃式發(fā)動機上燃用M15 , E25 汽油的排放測試結(jié)果見表6-63, 燃用M15, E25時，CO、N0 x排放均有所下降，HC則略有提高，HC排放提高的原因是:與負(fù)荷特性、外特性試驗不同，ECE循環(huán)包括有怠速暖機工況，負(fù)荷率較低，此時混合燃料的HC排放要高于燃用汽油。 2)醇含量較高的混合燃料的試驗結(jié)果 在點燃式發(fā)動機上燃用醇含量較高或純醇燃料時排放改善效果較為明顯。它能明顯降低CO排放量，HC排放量也

10、略有下降(通常醇含量較高或純甲醇發(fā)動機需用排氣加熱進氣，以加快暖機過程，從而可使排溫升高)。 由于甲醇蒸發(fā)潛熱高，在其他條件相同時，它能降低壓縮溫度和最高燃燒溫度，從而在多數(shù)情況下它可以降低NOx排放，但由于甲醇火焰?zhèn)鞑ニ俣群头艧崴俾士欤臏计陂L，需要增大點火提前角，又會增大NOx排放，因此它對NOx排放的影響不明顯，如圖6-4所示。o 點燃式發(fā)動機燃用醇類燃料時發(fā)動機有未燃醇和醛等有害排放物，見表6-7 。綜上所述，當(dāng)汽車燃用混合燃料或純醇燃料時，只要優(yōu)化其燃燒過程，其能耗和NOx，CO及HC排放都可以降低，醇燃料發(fā)動機排出的致癌多環(huán)芳香烴含量也比汽油低。 (2) 壓燃式發(fā)動機燃用醇類燃

11、料 醇類燃料十六烷值低，自燃溫度高，難于壓燃，在壓燃式發(fā)動機上使用時，需要采用助燃措施(火花塞、電熱塞助燃) 或加入著火改進劑(Ignition Improver)。 (1) 甲醇作為車用燃料有以下優(yōu)點甲醇作為車用燃料有以下優(yōu)點:1) 甲醇可從煤或天然氣中提煉，它可以大規(guī)模專門生產(chǎn)，也可以利用現(xiàn)有的氮肥廠設(shè)備聯(lián)產(chǎn)，或采用多聯(lián)產(chǎn)(熱、電、化工產(chǎn)品如甲醇、二甲醚、合成氣等聯(lián)產(chǎn)，簡稱IGCC),生產(chǎn)成本低。2) 甲醇是液體燃料，可以沿用石油燃料的運輸儲存系統(tǒng)，基礎(chǔ)設(shè)施投入少。 3) 燃用甲醇燃料可以提高發(fā)動機動力性能、經(jīng)濟性能，有害排放物低，是一種清潔代用燃料。4. 醇類燃料的優(yōu)缺點醇類燃料的優(yōu)缺點

12、甲醇的主要缺點是甲醇的主要缺點是: 1) 有毒、不可飲入口中或濺入眼中，須對甲醇燃料加強管理并嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。 2) 排氣中有未燃醇和醛有害氣體排放物，需進行排氣后處理。其中未燃醇在環(huán)境中存在的時間短，可以被帶氧微生物分解。 3)甲醇對有色金屬、橡膠有腐蝕作用，需對燃油系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上與材料上采取措施，如采用耐溶脹的硫化橡膠、不銹鋼制油箱及聚四氟乙烯燃油管道等。 (2)乙醇乙醇(酒精酒精) 乙醇的來源有三種，即剩余糧食、能源作物和秸稈。乙醇的來源有三種，即剩余糧食、能源作物和秸稈。巴西和美國分別利用本國生產(chǎn)的甘蔗和玉米大量生產(chǎn)乙醇作為車用燃料。美國政府從20世紀(jì)90年代起一直以每年7億美元的巨額

13、補貼來維持每年50億升的乙醇產(chǎn)量(約400萬t，每噸補貼約175美元左右)，且產(chǎn)量還在逐年增加，用來作為汽油的替代燃料和辛烷值及氧的添加劑(汽油中加10%左右乙醇)。乙醇作為內(nèi)燃機代用燃料有以下優(yōu)點乙醇作為內(nèi)燃機代用燃料有以下優(yōu)點: 1) 辛烷值高(110左右)，可以代替目前正在使用的無鉛抗爆添加劑甲基叔丁基醚(MTBE)。乙醇無毒，對環(huán)境無危害，而MTBE則被懷疑會污染地下水和致膀胱癌等，在美國一些州已被禁用，2004年全面禁用。 2) 乙醇是含氧燃料，蒸發(fā)潛熱高，發(fā)動機燃用乙醇可以實現(xiàn)無煙排放，并能大幅度降低CO排放，HC, NOx也可以有不同程度的降低(取決于發(fā)動機結(jié)構(gòu)及其調(diào)整狀態(tài))。火

14、花點火發(fā)動機可以燃用純乙醇或乙醇和汽油的混合燃料(摻燒比例大時需加助溶劑)，壓燃式發(fā)動機也可以燃用乙醇，但需有助燃措施。 乙醇作為內(nèi)燃機代用燃料的缺點是乙醇作為內(nèi)燃機代用燃料的缺點是: 1) 乙醇生產(chǎn)成本高，雖然利用階段性過剩、存放期過長甚至霉變的糧食制取酒精可以在一定程度上緩解糧食過剩和燃料不足的矛盾。但我國可耕地面積少(為世界的7% )，人口多(占全世界人口的22% )，糧食來源不穩(wěn)定，生產(chǎn)乙醇過程中耗能大(生產(chǎn)乙醇的耗能量接近乙醇發(fā)出的能量)、耗糧大，生產(chǎn)乙醇過程中有大量CO2排放，利用糧食生產(chǎn)乙醇，只能適度開展。此外利用乙醇作為燃料或辛烷值添加劑時，政府要考慮給予補貼，否則在市場經(jīng)濟條

15、件下難以推廣應(yīng)用。 2）利用能源作物(如甜高粱的莖桿、木薯等)制乙醇也是可行的，生產(chǎn)成本比糧食制乙醇低1000元/t左右，秸稈制酒精是將秸稈通過酶水解成單糖，然后發(fā)酵成乙醇。由于酶成本高，秸稈收集比較困難，世界上未大規(guī)模生產(chǎn)。秸稈比較適宜在汽化生成沼氣后，作為民用燃料。 (二二) 二甲醚二甲醚 ( Dimethyl Ether，縮寫，縮寫DME)二甲醚二甲醚又稱甲醚，簡稱DME，在常壓下是一種無色氣體或壓縮液體，具有輕微醚香味。相對密度（20）0.666，熔點-141.5，沸點-24.9，室溫下蒸氣壓約為0.5MPa，與液化石油氣（LPG）相似。溶于水及醇、乙醚、丙酮、氯仿等多種有機溶劑。易燃

16、，在燃燒時火焰略帶光亮，燃燒熱（氣態(tài)）為1455kJ/mol。常溫下DME具有惰性，不易自動氧化，無腐蝕、無致癌性，但在輻射或加熱條件下可分解成甲烷、乙烷、甲醛等。二甲醚二甲醚在常溫、常壓下為無色、無味、無臭氣體，在壓力下為液體，性能與液化石油氣（LPG）相似二甲醚的毒性：二甲醚的毒性：二甲醚的毒性很低，氣體有刺激及麻醉作用的特性，通過吸入或皮膚吸收過量的此物品，會引起麻醉，失去知覺和呼吸器官損傷。二甲醚二甲醚是醚的同系物，但與用作麻醉劑的乙醚不一樣，毒性極低；能溶解各種化學(xué)物質(zhì)；由于其具有易壓縮、冷凝、氣化及與許多極性或非極性溶劑互溶特性，廣泛用于氣霧制品噴射劑、氟利昂替代制冷劑、溶劑等，另

17、外也可用于化學(xué)品合成，用途比較廣泛。二甲醚二甲醚作為一種新興的基本化工原料，由于其良好的易壓縮、冷凝、汽化特性，使得二甲醚二甲醚在制藥、燃料、農(nóng)藥等化學(xué)工業(yè)中有許多獨特的用途。如高純度的二甲醚可代替氟里昂用作氣溶膠噴射劑和致冷劑，減少對大氣環(huán)境的污染和臭氧層的破壞。由于其良好的水溶性、油溶性，使得其應(yīng)用范圍大大優(yōu)于丙烷、丁烷等石油化學(xué)品。代替甲醇用作甲醛生產(chǎn)的新原料，可以明顯降低甲醛生產(chǎn)成本，在大型甲醛裝置中更顯示出其優(yōu)越性。作為民用燃料氣其儲運、燃燒安全性，預(yù)混氣熱值和理論燃燒溫度等性能指標(biāo)均優(yōu)于石油液化氣，可作為城市管道煤氣的調(diào)峰氣、液化氣摻混氣。也是柴油發(fā)動機的理想燃料，與甲醇燃料汽車相

18、比，不存在汽車?yán)鋯訂栴}。它還是未來制取低碳烯烴的主要原料之一。o由統(tǒng)計確認(rèn)的礦物燃料埋藏量的可開采年份是：(至1997年，BP統(tǒng)計)石油：42年；天然氣：62年：煤：224年。其中，石油資源在21世紀(jì)迎來生產(chǎn)顛峰后生產(chǎn)量將逐漸減少。o天然氣可開采年分比石油長20年，還在進行開發(fā)，估計將來的埋藏量可達現(xiàn)在3倍，不用擔(dān)心資源的枯竭；煤可開采年份300年。在二甲醚大量生產(chǎn)時主要考慮用煤作燃料。o由于石油資源短缺 、煤炭資源豐富及人們環(huán)保意識的增強，二甲醚作為從煤轉(zhuǎn)化成的清潔燃料而日益受到重視，成為近年來國內(nèi)外競相開發(fā)的性能優(yōu)越的碳一化工產(chǎn)品。o作為LPG和石油類的替代燃料， 二甲醚是具有與LPG的

19、物理性質(zhì)相類似的化學(xué)品，在燃燒時不會產(chǎn)生破壞環(huán)境的氣體，能便宜而大量地生產(chǎn)。與甲烷一樣，被期望成為21世紀(jì)的能源之一。o二甲醚二甲醚特有的理化性能奠定了其在國際、國內(nèi)市場上的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)地位，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、日常生活等領(lǐng)域。二甲醚未來主要用于替代汽車燃油、石油液化氣、城市煤氣等，市場前景極為廣闊，是目前國際、國內(nèi)優(yōu)先發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。o自然界里二甲醚并不存在，必須由原料來制成，天然氣和煤是目前較好的原料。當(dāng)然在考慮原料問題時，對礦物燃料的資源量必須同時考慮。o我國自80年代就開始將二甲醚用作燃料的開發(fā)研究，一部分企業(yè)和研究機關(guān)的試驗已進入實驗室規(guī)模的驗證階段。要真正替代LPG、LNG以及石

20、油燃料，必須要考慮制造成本。在最近的一段時間里應(yīng)格外考慮與LPG的競爭。o 二甲醚理化性質(zhì)二甲醚理化性質(zhì)o 二甲醚二甲醚（簡稱DME），又稱木醚、氧二甲、習(xí)慣上簡稱甲醚。o 分子式：C2H6Oo 結(jié)構(gòu)式：CH3OCH3o 二甲醚的性質(zhì)：二甲醚的性質(zhì)：二甲醚上一種無色、具有輕微醚香味的氣體，具有惰性、無腐蝕性、無致癌性、幾乎無毒。還具有優(yōu)良的混溶性，能同大多數(shù)極性和非極性有機溶劑混溶。在100ml水中可溶解3.700ml二甲醚氣體，且二甲醚易溶于汽油、四氯化碳、丙酮、氯苯和乙酸甲酯等多種有機溶劑，加入少量助劑后就可與水以任意比互溶。其燃燒時火焰略帶亮光。DME (CH3OCH3)是目前世界上被普

21、遍看好的壓燃式發(fā)動機超清潔燃料。它可以用作民用、車用和燃汽輪機燃料替代LPG、柴油和天然氣，其優(yōu)點是: 1) 廣泛的可獲得性?？梢杂擅夯蛱烊粴庵频?，從而可以利用我國豐富的煤炭資源。 2) 超清潔。研究結(jié)果表明，柴油機燃用二甲醚時可以實現(xiàn)高的功率輸出和熱效率(與柴油機相當(dāng)或略高)，低噪聲和無煙燃燒，其排放不采用復(fù)雜后處理裝置即可達歐洲III和美國ULEV標(biāo)準(zhǔn)，并有潛力達到歐洲IV排放標(biāo)準(zhǔn)，見表6-8與表6-911。 3) 生產(chǎn)DME的傳統(tǒng)技術(shù)為二步法，即由合成氣制成甲醇，再將甲醇脫水制成DME,生產(chǎn)成本較高。目前已開發(fā)成功生產(chǎn)DME的先進方法(一步法或整體一步法)，可大幅度降低其生產(chǎn)成本(110

22、0元/t左右)，此外若采用多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，二甲醚的成本可以更低。DME用作車用燃料由于沸點低、粘度小，需要對整個燃油系統(tǒng)加壓或采用共軌燃油系統(tǒng)，此外應(yīng)對柱塞偶件等進行減摩與耐磨處理或在燃油中加潤滑添加劑。 煤制油是將煤炭通過化工過程變成油品。煤制油分為直接液化和間接液化兩種。 直接液化是將煤在高壓(7 MPa)下加氫液化，其技術(shù)在世界上尚不完全成熟，目前在日本、美國有中試項目。間接液化是將煤先氣化成合成氣(CO+H2)，在中壓下(3MPa 左右)Fischer-Tropsch技術(shù)催化合成液體燃料(簡稱為F-T合成)。用F-T技術(shù)合成的柴油(簡稱F-T油)，其十六烷值可大于70，低硫(質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10

23、 -5以下)，低芳烴(小于1%),熱值與柴油相當(dāng)，在柴油機上使用可以降低N0 x和碳煙微粒排放。它可以與柴油以任意比例互溶，一些國家(如美國的Argonne國家實驗室)正在研究F-T油與柴油的混合油(50%的柴油和50%的F-T油的混合油簡稱FT-50)在柴油機上使用的可能性及其燃燒與排放特性。(三三) 煤制油煤制油 (又稱合成汽油和合成柴油又稱合成汽油和合成柴油) 生物柴油是一種非化石的可再生能源，它作為柴油機的代用燃料受到越來越多的關(guān)注， 目前已知的可作為內(nèi)燃機使用的植物油有30多種。植物油的粘度高，約為柴油的11-17 倍，低溫流動性差，需要進行酯化處理，即通過酯基轉(zhuǎn)移作用將植物油轉(zhuǎn)化成

24、一價酯類，降低其粘度，維持其辛烷值和熱值不變。壓燃式發(fā)動機可以燃用純生物油，也可使用植物油和柴油的混合油(如20%的大豆渣油與柴油的混合油稱為B20)。植物油的十六烷值較高(40左右)，能量密度較高(約為柴油的90%左右)，與石油系燃料互溶性好，不存在分層問題，含氧8% 10%，可以降低碳煙/微粒排放。目前世界上植物油產(chǎn)量相對石油來說還很少，今后隨著其產(chǎn)量的增大，用植物油取代柴油會越來越可行。此外，我國餐飲業(yè)有大量的廢油倒入下水道，由于粘度大，冬季時易造成堵塞，如將廢油收集后經(jīng)適當(dāng)處理轉(zhuǎn)化為生物柴油，會有較好的經(jīng)濟和社會效益。日本每年有近30萬t餐飲廢油轉(zhuǎn)化為生物柴油作為柴油機的代用燃料使用，

25、我國也正在開發(fā)生物柴油在壓燃式發(fā)動機中的應(yīng)用。 (四四) 生物柴油生物柴油 氣體燃料曾是內(nèi)燃機的主要燃料，煤氣機是最早的內(nèi)燃機。由于氣體燃料的能量密度小(單位體積熱值低)且儲運不便，致使液體燃料逐步取代了氣體燃料。但在氣體燃料資源豐富的國家和地區(qū)，它在內(nèi)燃機上的使用一直沒有停止過。 近20年來，隨著石油資源的逐漸枯竭、氣體燃料開采量的加大和遠距離輸送、凈化脫水及儲運技術(shù)的提高，氣體燃料液化技術(shù)和液化氣體燃料電控噴射技術(shù)等的發(fā)展，特別是隨著對內(nèi)燃機排放指標(biāo)要求的日益嚴(yán)格，氣體燃料在內(nèi)燃機上的使用又進入了一個新的發(fā)展時期。目前在內(nèi)燃機上使用的氣體燃料有天然氣、液化石 油 氣 、 沼 氣 、 煤 氣

26、 、 氫 氣 等 ， 其 中 以 壓 縮 天 然 氣(Compressed Natural Gas,縮寫CNG)和液化石油氣(Liquefied Petroleum Gas ,縮寫LPG)為主。燃氣汽車以使用燃料種類不同可分為單一燃料汽車(Mono-Fuel Vehicle ) ,兩用燃料汽車(Bi-Fuel Vehicle)和混合燃料汽車(Dual-Fuel Vehicle)。 二、氣體代用燃料二、氣體代用燃料 評價內(nèi)燃機用氣體燃料的性能參數(shù)主要有熱值、辛烷值、十六烷值、化學(xué)計量空燃比、著火溫度等。由于多數(shù)氣體燃料是多組分的混合氣體，且組分可能在一定范圍內(nèi)變化，因此其性能參數(shù)也不是一個固定值

27、。常用天然氣、液化石油氣與液體燃料(汽油、柴油)性質(zhì)的比較見表6-3。 （一）石油氣（一）石油氣(LPG) LPG的主要成分是丙烷和丁烷，發(fā)動機用的LPG一般是純丙烷(C3H8)或丙烷與丁烷(C4H10)的混合物。它的主要技術(shù)特點如下: 1）汽化溫度低。常溫下，石油氣在0. 2-0.6MPa的壓力下即可液化(隨組分不同而定)，因此，液化石油氣的汽化較為容易，與空氣混合的均勻性大大優(yōu)于汽油，有利于燃料的完全燃燒，排放低，表6-10表示了LPG(不同組分)和汽油在轉(zhuǎn)鼓試驗臺上的試驗結(jié)果比較。 2) LPG的燃燒特性與汽油相當(dāng)，其熱值略高于汽油。 3) LPG的辛烷值高，抗爆性能優(yōu)于汽油，允許采用較

28、高的壓縮比，有利于提高發(fā)動機的熱效率。 汽化的LPG對發(fā)動機的充量系數(shù)有不利影響，因此簡單改裝后的氣體燃料發(fā)動機的功率會有所下降。 NG的主要成分是甲烷，它的存儲方式主要有兩種，一是直接以氣體方式儲存，即將其壓縮至特制的容器中(壓力為20一30MPa)，再經(jīng)減壓器減壓后供給發(fā)動機。另一種是以液體方式儲存，由于甲烷的臨界溫度低，通常采用低壓(或略高于常壓)和低溫(-160左右)下液化后儲存。因此LNG的儲存要求高，相應(yīng)的成本也較高。相比之下，CNG的應(yīng)用要比LNG方便和廣泛得多。o CNG發(fā)動機的主要技術(shù)特點如下: 1) CNG發(fā)動機的排放特性、經(jīng)濟性要優(yōu)于LPG發(fā)動機。同時， 由于天然氣資源較

29、豐富，CNG汽車具有廣闊的發(fā)展前景。 2) CNG的辛烷值高，抗爆性好，有利于提高壓縮比。 3) CNG的能量密度較小，其續(xù)駛里程低于LPG汽車。 (二二) 天然氣（天然氣（NG）o 目前，LPG與CNG作為內(nèi)燃機的代用燃料，大多是在常規(guī)汽車上采用加裝氣體燃料供給系統(tǒng)的方法來實現(xiàn)。這種方法沒有充分發(fā)揮LPG和CNG的潛力，但這種兩用燃料汽車具有燃料靈活性的優(yōu)點，排放可達歐洲I標(biāo)準(zhǔn)。由主機廠開發(fā)的單一燃料或混合燃料汽車，其動力性經(jīng)濟性顯著高于簡單改裝的汽車，其排放可達歐洲II標(biāo)準(zhǔn)。表6-11為一汽集團公司生產(chǎn)的CA6110ZLASN2增壓中冷柴油/天然氣發(fā)動機排放特性與燃用純柴油的比較，在采用氧化催化器后，可滿足歐洲標(biāo)準(zhǔn)。oLPG及CNG的大規(guī)模使用取決于氣體燃料的價格、環(huán)境保護的要求和供氣網(wǎng)絡(luò)的建立和完善。 氫氣被認(rèn)為是最潔凈的內(nèi)燃機燃料之一，它沒有HC, CO, 和碳煙排放，但用作內(nèi)燃機燃料時有高的NOX排放。由于氫的制備、運輸、存儲等方面困難，目前尚未獲得廣泛推廣應(yīng)用，限于篇幅，在此不做詳細介紹。(三三) 氫氣氫氣 (一一)電動汽車電動汽車(Electrical Vehicle，縮寫，縮寫EV) 電動汽車無排