汽車新能源與節(jié)能技術(shù)替代能源汽車課程教案

汽車新能源與節(jié)能技術(shù)替代能源汽車課程教案理解天然氣、液化石油氣、氫氣和醇類燃料的理化特性、天然氣汽車和液化石油氣汽車的主要類型、主要組成部分的結(jié)構(gòu)及基本工作原理，醇類燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)上的燃用方式、醇類燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)上的參數(shù)選擇、醇類燃料在汽車上的應(yīng)用及面臨的技術(shù)難題，氫的制取與儲存，電動(dòng)汽車的發(fā)展優(yōu)勢以及所面臨的問題、蓄電池的主要性能特點(diǎn)、電動(dòng)機(jī)的主要特性以及電動(dòng)汽車基本結(jié)構(gòu)及其工作原理，燃料電池電動(dòng)汽車醇類燃料汽車、氫燃料汽車的性能評價(jià)。天然氣汽車和液化石油氣汽車主要組成部分的結(jié)構(gòu)及基本工作原理，天然氣、液化石油氣、氫氣和醇類燃料的理化特性有其對汽車性能的影響，掌握天然氣汽車、液化石油氣汽車、醇類燃料汽車、氫燃料汽車的性能評價(jià)。(一)按儲存天然氣的壓力和形態(tài)分類(二)按燃料的組成與應(yīng)用分類2、CNG-汽油兩用燃料汽車3、CNG-柴油雙燃料汽車(三)按燃料供給的方式分類(1)機(jī)械控制式天然氣汽車(2)機(jī)電聯(lián)合控制式天然氣汽車(3)電控式天然氣汽車(開環(huán)和閉環(huán))(一)壓縮天然氣供氣專用部件結(jié)構(gòu)及原理電磁鐵芯在回位彈簧的作用下，將先導(dǎo)閥的小孔密封，繼而推動(dòng)先導(dǎo)閥將0形密封圈壓在閥座上，通道全部關(guān)閉。當(dāng)電磁閥通電時(shí)，由于電磁鐵的磁力較小，不能直接把主通道打開，只能先打開先導(dǎo)閥的小孔，這時(shí)高壓腔的高壓氣通過小孔流到低壓腔，使高低壓腔壓差減小，然后電磁鐵芯通過連接銷，將先導(dǎo)閥一起提起，打開主通道。一級減壓閥在未通入高壓氣體時(shí)，在壓力彈簧的作用下，使膜片向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使閥芯與閥口保持一定間隙，閥口處于常開狀態(tài)。當(dāng)通入高壓氣體時(shí)，減壓室的壓力逐步增高，氣體作用在膜片下方的壓力克服彈簧的彈力，使膜片向上動(dòng)作，從而帶動(dòng)杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使閥口關(guān)閉。當(dāng)減壓室的氣體向二級閥輸出后，壓力降到額定輸出壓力以下時(shí)，在壓力彈簧的作用下又使閥口打開，如此反復(fù)，使一級減壓閥出口壓力穩(wěn)定在0.35～0.4MPa內(nèi)。二級減壓閥的閥口也處于常開狀態(tài)，高壓天然氣經(jīng)過一級減壓后進(jìn)入二級減壓室，此時(shí)二級減壓室內(nèi)的壓力逐步升高，達(dá)到額定輸出壓力時(shí)，氣體作用在膜片上方的壓力克服扭簧的彈力，使膜片向下動(dòng)作，從而帶動(dòng)杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使二級減壓閥閥口關(guān)閉。當(dāng)減壓室的氣體向三級閥輸出后，壓力降到額定輸出壓力以下時(shí)，在扭簧的作用下又使閥口打開，如此反復(fù)，使出口壓力穩(wěn)定在0.15～0.19MPa內(nèi)。三級減壓閥的閥口處于常閉狀態(tài)，閥的開閉由發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣真空度控制，輸出壓力可通過壓力彈簧的預(yù)緊力進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)閥室內(nèi)真空度為零時(shí)，在壓力彈簧的作用下，閥口處膜片兩邊出現(xiàn)壓力差，膜片向閥里運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)杠桿克服彈簧壓力，使閥口打開供氣。當(dāng)減壓室負(fù)壓減小時(shí)，在壓力彈簧作用下，閥口又處于關(guān)閉狀態(tài)，如此反復(fù)，就使減壓閥出口壓力穩(wěn)定在一個(gè)數(shù)值內(nèi)。2、文丘里管結(jié)構(gòu)混合器基本原理：文丘里管安裝在空氣濾清器與化油器之間。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，另一方面又要將天然氣與空氣均勻混合?；旌掀骱韽竭^大，真空度小，不靈敏；過小，吸人空氣量少，影1)一級減壓器2)二級減壓器3)三級減壓器混合器氣室B的空氣通過管道E進(jìn)入發(fā)動(dòng)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(二)壓縮天然氣-汽油兩用燃料汽車(三)電控噴射天然氣汽車1)HSV型電控氣體噴氣閥2)DDEC天然氣-柴油噴射器(一)較低的污染排放(二)良好的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性可使用較大壓縮比，理論循環(huán)熱效率可提高7%-12%.(三)可靠的安全保障(1)續(xù)駛里程短(2)動(dòng)力性辛烷值在100-110,可提高壓縮比；著火溫度高，需較高(一)液化石油氣汽車蒸發(fā)調(diào)壓器LPG蒸發(fā)調(diào)壓器是集預(yù)熱、蒸發(fā)、減壓、調(diào)壓于一體，LPG被發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水加熱后蒸發(fā)氣化，再經(jīng)減壓供發(fā)動(dòng)機(jī)使工作過程：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)入一級減壓力升高。推動(dòng)一級膜片3向上運(yùn)動(dòng)，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(shí)，一級彈簧4使一級膜片3向下移動(dòng)，帶動(dòng)一級杠桿2動(dòng)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(dòng)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、二級減壓室工作過程：二級減壓室17的作用是使LPG的壓力進(jìn)一步降低至接近負(fù)壓。來自一級減壓室6的石油氣經(jīng)過二級閥門25進(jìn)入二級減壓室17時(shí)壓力進(jìn)一步降低(降至大氣壓附近),之后經(jīng)由LPG燃料出口輸往混合器。隨著進(jìn)入二級減壓室17中的氣體數(shù)量的增多，室內(nèi)壓力升高，當(dāng)室內(nèi)壓力大于平衡壓力的時(shí)候，推動(dòng)二級膜片18向下運(yùn)動(dòng)，這時(shí)減壓室內(nèi)體積在壓差的作用下，推動(dòng)二級膜片向上運(yùn)動(dòng)，使得室內(nèi)壓力增加。于是二級減壓室17中的LPG壓力處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。增加二級膜片彈簧19的預(yù)緊力、減小二級閥門25的阻尼等可使二級減壓室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)怠速時(shí)，混合器喉口處真空度很低，不能將LPG從蒸發(fā)調(diào)壓器吸出，但節(jié)氣門后真空度很高，故由真空管13將此真空引入真空氣室。使16帶動(dòng)25開度增大。2)主供氣系統(tǒng)由混合器、二級減壓室、真空室等組成。3)起動(dòng)系統(tǒng)起動(dòng)加濃電磁閥開啟一級減壓室與二級減壓室的旁通氣(二)液化石油氣-汽油兩用燃料汽車此汽車就是將原來的燃料供給系統(tǒng)保留不變，增加一套LPG燃料供給系統(tǒng)。改裝后既可以使用汽油，又可以使用液(三)液化石油氣-柴油雙燃料汽車三、液化石油氣汽車性能評價(jià)(一)液化石油氣動(dòng)力性動(dòng)力性略有降低、但在稀混合區(qū)具有比汽油機(jī)更高的動(dòng)力(二)液化石油氣的燃料經(jīng)濟(jì)性油耗率更低，更高的稀限，對混合氣濃度變化(三)液化石油氣的排放HC、CO大大降低，但NOX基本無變化或稍有增加。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甲醇改質(zhì)就是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的余熱將甲醇改成H2和CO,然后再輸往發(fā)動(dòng)機(jī)。(一)汽油機(jī)使用醇類燃料時(shí)的參數(shù)選擇4、火花塞及點(diǎn)火時(shí)間的調(diào)整(二)柴油機(jī)使用醇類燃料時(shí)的參數(shù)選擇。(三)醇類燃料汽車的供給系。(一)純甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)實(shí)例(二)甲醇與柴油在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的缸內(nèi)預(yù)混噴油五、醇類燃料發(fā)動(dòng)機(jī)性能評價(jià)動(dòng)力性變化不大，污染物排放也大致相當(dāng)。第四節(jié)氫氣汽車一、氫燃料汽車概述氫氣在常溫常壓下為無色、無味、無毒的氣體，大部分以化合態(tài)的形式存在。氫主要有以下特點(diǎn)：1、氫是所有元素中質(zhì)量最輕的。2、常溫常壓下為氣體，攜帶性和安全性差。3、極易點(diǎn)燃，但自著火溫度高于汽油和柴油。4、質(zhì)量熱值高，但由于其密度太小，單位體積發(fā)熱量只有汽油的二十分之一。5、不含碳元素，因而不排放CO、HC、CO2以及硫化物。6、儲存不便，難以滿足續(xù)駛里程要求。(一)氫的制取(二)氫的儲存首先將氣體冷卻到液氮溫度(-196)來減小氣體體積，將低溫氣體壓縮到7MPa,迫使氫物理吸附到材料的很多凹坑和統(tǒng)中添加物質(zhì)(如硅)的方法降低了分解溫度。4、納米碳素纖維儲存氫氣億分之一毫米碳素纖維毛細(xì)管，氫原子與碳原子化合在一(一)氫燃料汽車的分類1)壓縮氫汽車2)液化氫汽車3)吸附氫汽車(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(一)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性(二)排放性微量的CO、HC,略高的NOX。(一)電動(dòng)汽車的發(fā)展優(yōu)勢6、制動(dòng)能量可回收(二)普及電動(dòng)汽車所面臨的問題格費(fèi)用、可靠性、安全性。掌握電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。1、異步電動(dòng)機(jī)具有效率高、調(diào)速范圍寬、基本免維護(hù)以及體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)。2、永磁式無刷電動(dòng)機(jī)體積和質(zhì)量小，功率密度高；效率高；易于散熱；可靠性高；動(dòng)態(tài)性能好。3、開關(guān)式磁阻電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，效率高，且容易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車制動(dòng)時(shí)的能量回收，工作特性好，響應(yīng)速度快，制造成本低。四、電動(dòng)汽車基本結(jié)構(gòu)及其工作原理基本結(jié)構(gòu)可分為三個(gè)子系統(tǒng)：電力驅(qū)動(dòng)了系統(tǒng)(電控單元、功率轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)輪)、能源子系統(tǒng)(能量源、能量管理系統(tǒng)和能量)和輔助控制子系統(tǒng)(動(dòng)力轉(zhuǎn)向、溫度控制和輔助動(dòng)力供給等)?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車是指包含兩種或兩種以上動(dòng)力源并能協(xié)調(diào)工作的車輛。1、串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(SHEV)SHEV的發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)采用串聯(lián)的方式組成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)比較簡單；要求發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率都等于或接近于SHEV的最大驅(qū)動(dòng)功率；效率低于內(nèi)燃機(jī)效率；常用于大型客車、公交汽車等。2、并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(PHEV)PHEV由發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)或驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)兩大動(dòng)力組成，且以并聯(lián)的方式組成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。3、混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(PSHEV)PSHEV綜合SHEV和PHEV結(jié)構(gòu)特點(diǎn)組成的另一種方案，由發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三大動(dòng)力總成組成。1)驅(qū)動(dòng)軸合成混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車2)驅(qū)動(dòng)輪合成混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(一)燃料電池概述“發(fā)電裝置”,它能夠使用多種燃料。(二)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)組成由多個(gè)單晶體燃料電池組成，其電壓一般在1V以下。(三)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性1、分析天然氣物化特性對其動(dòng)力性的影響?說明提高天然2、比較汽車燃用天然氣與燃用汽油或柴油時(shí)的排放物的變化?3、根據(jù)液化石油氣的物化特性，分析影響液化石油氣發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的有利因素和不利因素?4、車用發(fā)動(dòng)機(jī)使用醇類燃料時(shí)有哪些需要解決的