1、汽車新能源與節能技術主講:王會明目錄第一章:緒論第二章:新能源汽車第三章:發動機節能技術第四章:汽車底盤節能技術第五章:汽車車身節能技術第六章:汽車燃油、潤滑油的選用與節能第七章:汽車運用節能第一章 緒論第一節:能源的概念與分類第二節:能源與環保壓力第三節:影響汽車能耗的主要因素和節能的主要途徑 本章學習重點1、掌握汽車節能有關的基本概念2、掌握汽車節能評價指標3、掌握影響汽車能耗的主要因素和節能的基本途徑。第一節 能源的概念與分類一、能源的概念與特點能源:是指人類取得能量的來源,是直接或通過轉換提供人類所需的有用的能資源。人類 的一切活動都需要能源。1、能量的來源: 太陽的輻射能(5.3&#

2、215;1015MJ/年通過大氣的吸收轉為風能、水能、波浪能、海流 能; 植物通過光合作用轉為生物質能; 動植物在特殊地質條件下經億萬年轉為石油、煤炭、天然氣等化石能源; 地球心部的熱核反應地熱能; 太陽系星星運行產生的朝夕能。 上述一切能源為初始能源。2、能源具有的特點: 能源形式在一定條件下可以互相轉換。 能源在開采、提煉或加工、使用以及廢料處理過程中存在不同程度的污染。 化石燃料能源如汽油、柴油、天然氣等在儲存過程中存在泄漏和危險等問題。 有些能源(電能不能儲存。二、能源的分類1、按能源的來源:分為太陽能、地球自身能和天體引力能。2、按在自然界中的存在方式:分為一次能源(天然的未加工的能

3、源,如:煤、石油、天然 氣、原子核 、二次能源(將一次能源加工后的能源,如:焦炭、汽油、電 。3、按被利用的程度:分為被大規模使用的常規能源、正在積極研究開發、推廣的新能源。 4、按能否自動再生:分為再生能源、非再生能源。 5、按對環境的影響:分為清潔型能源,非清潔型能源。 三、能源的單位與度量 能源的單位:焦 (J、千瓦小時 (kW. h 。 因能源的種類很多,為便于統計、分析 和比較, 規定以煤當量 (1kg標準煤 =29.3MJ作為能源的統一度量單位 (有些國家使用油 當量作為能源的度量單位 。即按煤(油 的熱當量值計算各種能源量的統一計量單 位, 1kg 標準煤的熱當量值 =0.7kg

4、標準油的 熱當量值。第二節:能源與環保壓力 一、能源壓力 2008年中國石油總儲量 21.9億噸, 年開采量 1.9 億噸。按照 2008年的開采量, 2020年中國就“滴油不?！绷?。 2008年中國石油消費量為 3.9億噸,自產石油 1.9億噸,進口石油 2億噸。中國進口原油中 50.1%來自中東, 30.2%來 自非洲, 9.7%來自俄羅斯和哈 薩克斯坦, 7.1%來自南美, 2.9%來自東南亞和澳大利亞。 中國進口石油 80%路過印度 洋,中國要看印度臉色。 二、環保壓力據 研 究 , 目 前 大 氣 中 21.7%的 HC 、 38.5%的 CO 、 87.6%的 NOx 、 11.7

5、%的 CO2、 6.2%的 SO2和 32%的微粒來 自汽車,而在城市大氣中,這一比例更高,大概 87%的 HC 、 61%的 CO 和 55%的 NOx 來自于汽車。機動車尾氣排放分擔率 (2005年 CO HC NOX當前面對的問題?1、化石燃料在不久的將來會使用殆盡!2、全球的大氣污染、變暖正在給人類的生存造成日益嚴重的威脅!3、人類的出路在哪里?我們該為地球母親做些什么?4、從我做起,研究、使用清潔環保的可再生能源,節能減排,降低大氣污染,阻止氣候變 暖,為了一個生機勃勃的地球而努力!第二章:新能源汽車第一節:天然氣汽車第二節:液化石油氣汽車第三節:醇類燃料汽車第三節:氫氣汽車第四節:

6、電動汽車本章學習重點:1、掌握有關替代能源汽車的基本概念2、掌握替代能源汽車結構的特征和基本工作原理3、明確替代能源汽車合理運用的特殊事項4、掌握替代能源汽車評價的基本知識新 能源的類型與特點 第一節 天然氣汽車一、天然氣汽車概述天然氣汽車主要成份是甲烷 。其 體積和質量低熱值比汽、柴油高,因密度 低,混合氣的熱值比汽、柴油低。天然氣 的抗爆性強,可提高壓縮比提高汽車的動 力性和經濟性。天然氣混合氣的著火界限 寬闊,可采用稀燃技術提高發動機的積極 性和排放性。為確保壓縮天然氣的使用安全,壓縮 天然氣有特殊氣味,加入適量臭味劑,保 證天然氣在空氣中的濃度達到爆炸下限 的 20%前被察覺。天然氣汽

7、車作為一種清潔汽車,由 于低排放、安全可靠、技術成熟、有良好 的經濟效益和環境效益而被廣泛應用于 世界 40多個國家和地區。 二、天然氣汽車的類型(一 按儲存天然氣的壓力和形態分:1、壓縮天然氣汽車 (CNGV:天然氣以 20MPa 高壓氣態儲存于氣瓶內,工作時經降壓、計 量和混合后進入汽缸,或直接噴入汽缸及進氣管。2、常壓天然氣汽車 (NNGV:以常壓氣態儲存天然氣,因攜帶不便及不安全,該儲存方式 已被淘汰。3、液化天然氣汽車 (LNGV:以液態儲存天然氣,工作時經升溫、計量和混合后進人汽缸, 或直接噴入汽缸及進氣管。天然氣液化后的體積僅為標準狀況下體積的 1/625,儲帶方便, 應用潛力較

8、大。4、吸附天然氣汽車 (ANGV:天然氣以吸附方式 (3.56MPa 儲存于儲氣瓶內,工作時經降 壓、計量和混合后進入汽缸,或直接噴入汽缸及進氣管 。(二 按燃料的組成與應用分:1.單燃料 (CNG汽車:發動機的燃料供給系統和燃燒系統專為燃用天然氣而設計, 充分利用天然氣的性質 特點,保證燃料的有效利用,使天然氣汽車的性能達到最優。2. CNG 一汽油兩用燃料汽車 :可在兩種燃料中進行轉換使用, 設有兩套燃料供給系統, 無論是使用 CNG 或汽油, 發動機都能正常工作,利用選擇開關實現燃料的轉換,兩種燃料不允許同時混合使用。 3. CNG 一柴油雙燃料汽車發動機工作于雙燃料狀態,用壓燃的少量

9、柴油引燃 CNG 與空氣的混合氣。系統有 同時供給汽車兩種燃料的系統。由于在高負荷時柴油消耗量較大,這種方式的 CNG 汽 車的推廣受到了限制。(三 按燃料供給的控制方式分:1、機械控制式天然氣汽車;2、機電聯合控制式天然氣汽車;3、電控式天然氣汽車(開環和閉環 。目前各國天然氣加氣站沒有形成網絡,所以,壓縮天然氣汽車大部分是在汽油機或柴 油機的基礎上改造的兩用燃料汽車。廣泛使用的是 CNG 一汽油兩用燃料汽車。三、壓縮天然氣 (CNG汽車(一壓縮天然氣 (CNG汽車的供氣系統組成:儲氣瓶、電磁閥、減壓閥、空濾器、混合氣等組成。工作:儲氣瓶 電磁閥 減壓閥(減壓后 混合器 進氣管 汽缸。雙燃料

10、發動機由調速器根據負荷的變化控制減壓閥,并保持 10%的柴油噴射量作為 因燃油。1、減壓閥(減壓調節器組成:減壓調節器由三級減壓閥、高壓電磁閥、怠速電磁閥等組成。 高壓電磁閥為常閉式, 用以控制供、斷天然氣。工作:高壓天然氣經濾清器進入高壓電磁閥,電磁線圈未通電時,鐵芯在回位彈簧的作用下,使閥體下移密封氣道。當電磁閥通電時,電磁鐵的吸力將閥提起,打開主通道,進入一級減壓閥。一級 減壓閥未 通入高壓氣體時,在彈簧作用下使膜片下移,帶動杠桿轉動,使閥芯與閥口保持 0.5-1mm 間隙,閥口處于常開狀態。當 通入高壓氣體時, 減壓室的壓力逐步增高, 達到額定輸出壓力時, 氣體作用下膜片克服彈簧 的彈

11、力上移, 帶動杠桿轉動使閥口關閉。 當減壓室氣體向二級閥輸出后壓力下降, 彈簧的作 用又使閥口打開,如此反復,使一級減壓閥出口壓力穩定在 0.350.4Mpa 內。二級減壓閥口處于常開狀態,高壓氣經一級減壓后進入二級減壓室,使二級減壓室的壓 力升高, 達到額定輸出壓力時, 氣體作用在膜片上方的壓力克服彈簧的彈力, 使膜片向下動 作帶動杠桿轉動, 使二級減壓閥閥口關閉。 當減壓室氣體向三級閥輸出后壓力下降, 在彈簧 的作用下又使閥口打開,如此反復,使出口壓力穩定在 0.150.19MPa 內。三級減壓閥口處于常閉狀態,閥的開閉由發動機進氣真空度控制。當閥室內真空度為零 時,在壓力彈簧的作用下,閥

12、口處于關閉狀態。當閥室處于負壓時,由于膜片下方與大氣相 通,在壓力差下膜片向上運動, 帶動杠桿克服彈簧壓力, 使閥口打開供氣。 當減壓室負壓減 小時, 在壓力彈簧作用下,閥口又處于關閉狀態, 如此反復, 就使減壓閥出口壓力穩定在一 個額定范圍內。 經三級減壓后的天然氣流量隨發動機工況變化而變化,由發動機進氣真空度調節,發動 機轉速高、吸力大時,減壓器各閥開度變大,輸出流量增大、反之則減少。以滿足發動機各 種工況的供氣量。發動機不運轉時,三級減壓閥關閉。發動機起動和怠速時,真空度較小,無法打開三級 減壓閥。怠速電磁閥為常閉式,與怠速供氣管道連接。在電磁線圈未通電時,在彈簧作用下電磁 鐵芯下移將閥

13、孔關閉; 電磁閥通電時, 閥芯的電磁吸力克服彈簧壓力使閥上移, 座孔打開并 通氣。此時,天然氣由二級減壓腔經怠速供氣管流入減壓閥低壓出氣管,以滿足汽車起動、 怠速用氣所需。2、 混合器混合器為文丘里管結構。文丘里管安裝在空氣濾清器與化油器之間。該混合器由殼體和 芯子兩部分組成,芯子喉徑最小處均勻分布一圈小孔,殼體上有天然氣進氣道?；旌掀饕环矫嬉购砉芴幃a生真空度來調節減壓閥的天然氣流量,另一方面將天然氣與 空氣均勻混合?；旌掀骱韽竭^大,真空度小,不靈敏;過小,吸入空氣量少,影響空燃比,發動機功率 下降。通氣小孔總截面積應與天然氣進氣道截面積相匹配。3、比例調節混合器減壓閥輸出壓力為負值時, 使

14、用文丘里管混合器; 若輸出壓力大于零則使用比例調節混 合器,發動機熄火后天然氣通道由比例調節混合器封閉。工作原理:當發動機起動時,進氣歧管產生真空,混合器氣室 B 的空氣經管道 E 進入化油器進 氣管;氣室 B 產生真空,而氣室 A 與大氣相通,膜片在大氣壓力下克服彈簧彈力上行,打 開天然氣進氣管和混合器空氣閥座, 天然氣和空氣通過混合器進入發動機。 混合器膜片根據 化油器進氣管的真空度變化上下運動, 使天然氣進氣管開度隨之變化, 從而向發動機提供不 同數量的天然氣,與空氣形成合理的空燃比混合氣。(二壓縮天然氣 -汽油兩用燃料汽車CNG-汽油雙燃料汽車, 是將原來的燃料供給系統保留不變, 增加

15、一套 壓縮天然氣裝置 。 天然氣儲氣系統:充氣閥、高壓截止閥、天然氣儲氣瓶、 高壓管線、高壓接頭、壓力傳感器及氣量顯示器等。天然氣供給系統:天然氣濾清器、天然氣高壓電磁閥、 減壓調節閥、 混合器等 。油氣燃料轉換系統:油氣燃料轉換開關、天然氣電磁閥、汽油電磁閥等 。(三 電控噴射天然氣汽車1、電控噴氣形式缸外供氣方式 :包括進氣道混合器混合供氣和缸外進氣門處噴射供氣 。缸外進氣門處噴射比進氣道混合器供氣方式先進。氣體噴射器布置在各缸進氣道進氣 門處,采用多點噴射,可實現每一缸的定時定量供氣 。缸內供氣方:缸內噴射是指將氣體燃料直接噴到汽缸內,噴氣閥裝在汽缸蓋上。包括缸內高壓噴射供氣和低壓噴射供

16、氣。 低壓噴射用在壓縮比較低的點燃式氣體燃料 發動機上;高壓噴射用在壓縮比較高和壓縮終點噴射的氣體燃料發動機上。2、電控噴氣系統的組成及工作原理電控噴氣系統:空氣供給系統:空氣濾清器、進氣管等 。燃氣供給系統:儲氣瓶、燃氣過濾器、調壓器、噴氣閥和輸氣管等。控制系統:傳感器、電控單元和執行元件等 。工作:空氣空氣濾清器進氣管節氣門進氣門汽缸。燃氣 儲氣瓶燃氣過濾器減壓閥噴氣閥汽缸。電控單元發動機工況 各傳感器的信息(分析、處理、計算最佳供氣量噴氣閥 控制指令。HSV 型電控氣體噴氣閥:組成:由進氣管接頭、閥座、球閥、推桿、銜鐵、線圈、殼體等組成。工作:當電磁線圈 8斷電時,球閥 4在進氣口和出氣

17、口處氣體壓差的作用下向右運動,打 開 CNG 通道供氣。當電磁線圈 8通電時,電磁吸力使銜鐵 10經推桿 7推動球閥 4左移, 關閉燃氣道,停止供氣。點火后燃燒高壓使球閥密封更嚴,防止了缸內高壓燃氣的倒流。DDEC 天然氣 柴油噴射器:組成:電磁閥、凸輪、柱塞、柱塞彈簧、柴油針閥、氣體針閥、針閥彈簧、殼體等組成。 工作:噴射器的噴射時刻和持續時間是由電磁閥和燃油壓力控制相結合完成的。燃油壓力 由凸輪軸推動柱塞而形成。當柱塞向上行時,電磁閥斷電,閥門打開,柴油 充入柱塞腔內。 當控制單元發出噴射信號時, 電磁閥關閉,凸輪軸向下推動柱塞壓縮柴油產生高壓。 當柴油壓力達到噴射壓力時,柴油針閥開啟向缸

18、內噴射柴油。而后隨著氣體壓力的提高,氣體針閥克服彈簧壓力開啟,向缸內噴射氣體燃料。氣體噴射時將阻止柴油噴射,實現減少引燃柴油噴射量的目的。氣體噴射壓力為 1216MPa。氣體燃料的噴射始點由氣體針閥的彈簧強度確定;氣體燃料噴射的持續時間由電磁閥電控實現。噴射器壓力變化曲線如圖:可見,柴油和氣體燃料的噴射是相繼進行的,已達到柴油噴射引燃天然氣的目的。四、天然氣汽車性能評價(一較低的污染排放 1、與空氣混合充分、燃燒徹底,可大幅度降低 CO 和 HC 的排放量;2、天然氣火焰溫度低,也會使 NOx排放量減少;3、天然氣以甲烷為主要成分,碳氫原子比最小,產生同等熱量時, CO2生成量比汽油、柴油降低

19、 15%以上 。4、 天然氣汽車的燃料系統是密封的,不存在蒸發污染和形成光化學煙霧的危險。5、 化油器式汽車改裝的天然氣汽車的排放性優于電噴車改裝的天然氣汽車, 是因控制系統 的不匹配造成。 (二良好的運行經濟性1、由 可知:壓縮比高,熱效率就高。 天然氣的辛烷值為 130,燃用 天然氣比燃用汽油時,許用壓縮比可高 24個單位。提高熱效率,提高經濟性。2、天然氣與空氣的混合氣形成質量比汽油與空氣的好,不存在汽油的氣化速度與溫度和管 壁油膜的關系,混合均勻和分配均勻有利于提高燃燒的完全性。3、燃燒 1m3天然氣所做功大于燃燒 1L 汽油所做功,且 1L 汽油的價格高于 1m3(3元天 然氣的價格

20、,運行經濟性好。(三可靠的安全保障1、從燃點看,天然氣的自燃溫度 650680,汽油的 228471,柴油的 200300 。2、從著火界限看,天然氣的濃度著火界限范圍為 515%,汽油為 1.37.6%,天然氣比空 氣輕,要形成天然氣點燃的濃度比汽油難得多 。3、在制造要求和質量保證上, CNG 氣瓶比汽車油箱嚴格得多。 天然氣汽車缺點:1、續駛里程短 ; 2、動力性變差第二節 液化石油氣汽車一、液化石油氣概述1、液化石油氣來自油田和煉油廠。2、 LPG 與汽、柴油相比,具有燃燒完全、積炭少、排放污染物低、怠速及過渡工況運行穩 定性好,但動力性降低。3、 液化石油氣主要成分是丙烷 C3H8,

21、 還含有少量的丁烷 C4H10、 丙烯 C3H6和丁烯 C4H8。4、液化石油氣的特點與天然氣相似,天然氣的體積低熱值和質量低熱值略高于汽油,但理 論混合氣熱值要比汽油低,液化石油氣介于天然氣和汽油之間。5、液化石油氣的辛烷值在 100110范圍內。天然氣和液化石油氣比汽油著火溫度高,火焰 傳播速度慢,需要較高的點火能量。6、液化石油氣汽車有三種,純液化石油氣(單燃料汽車、 LPG-汽油雙燃料汽車、 LPG-柴油雙燃料汽車。1i 11-= 二、液化石油氣汽車的結構與工作原理(一 單燃料(LPG 汽車組成:儲氣瓶、空濾器、電磁閥、蒸發調壓器、混合器等組成。工作:氣體 儲氣瓶 過濾器 電磁閥 蒸發

22、器蒸發為氣體, 氣體與來自空濾器的空氣在混 合器中混合,由進氣管進入汽缸。1、 蒸發調壓器多數 LPG 蒸發調壓器是集預熱、蒸發、減壓、 調壓功能于一體,LPG 被發動機冷卻水加熱后蒸發氣化,再經減壓 (接近大氣壓 供發動機使用。(1 、一級減壓室儲氣瓶的 LPG 從進口 8流入蒸發調壓器高壓腔,在壓力下打開一級閥門 1進入一級減壓室 6,被蒸發成氣體,壓力被減小到 0.140.25MPa 。 隨著 6中的氣壓升高推動膜片 3上移,帶動固定在膜片 3上的掛鉤將杠桿 2向上拉起, 關閉閥門 1,阻斷 LPG 的進入。隨著 6中的 LPG 陸續進入二級減壓室 17,一級減壓室 6中的氣壓降低。當壓

23、力降至某 一值時,彈簧 4使膜片 3下移,壓動杠桿 2打開一級閥門 1, LPG 又進入一級減壓室 6。 (2 、二級減壓室來自一級減壓室 6的石油氣經二級閥門 25進入二級減壓室 17時壓力進一步降低 (至大 氣壓 ,之后經由 LPG 燃料出口輸往混合器。(3 、不同工況下混合氣濃度的實現怠速系統 :問題提出:在怠速工況下,廢氣系數大、燃燒惡化。為保證怠速的穩定,必須提供較濃的混 合氣。解決方案:利用真空管 13將節氣門后的真空引入真空氣室 15,使真空膜片壓縮彈簧 16并 帶動杠桿使二級閥門 25開度增大,進入二級減壓室 17的 LPG 便增多,增大怠速工況的燃 氣。發動機停機時,混合器喉

24、口處及節氣門后的真空度消失,二級閥門 25在真空膜片彈簧 16的作用下關閉,停止向混合器供氣,起停機斷氣的安全作用。主供氣系統組成:由混合器、二級減壓室和真空室組件等組成。工作:隨著節氣門開度及轉速增大, 喉口處真空度增大 主通道傳 二級減壓室膜片上 移 二級閥門 25的開度增大,增大供氣量以滿足發動機的需要。起動系統:問題提出:起動時轉速低, 混合器喉口處的氣流速度及真空度很低, 二級閥門 25的開度小, 燃氣出量少,缸內混合氣過稀,難以著火使啟動困難。解決方案:起動時電磁閥 26通電,打開旁通氣道。 LPG 由一級減壓室 6中 起動加濃量 孔 27 二級減壓室 17, 增大供氣量,使發動機

25、順利起動。 隨著轉速的升高,喉管的真空 度增加,二級減壓室 17的閥門 25開度增大,當運轉穩定時起動電磁閥 26關閉,旁通氣道 被截斷。(二 、 LPG 一汽油雙燃料汽車該燃料汽車增加了一套 LPG 燃料供給系統。燃料系組成:儲氣瓶 1、蒸發調節器 10、混合器 15、電磁閥 8和控制系統等。工作原理:當用 LPG 作燃料時,將選擇開關 3板到 氣 的位置, LPG 電磁閥 8打開,汽油 電磁閥 16關閉。 LPG 由氣瓶管路 6濾清器 7 電滋閥 8 蒸發調節器 10(蒸發、降 壓、成氣態混合器 15發動機。當將開關 3板到 油 的位置,則 LPG 電磁閥 8關閉,汽油電磁閥 16打開,為

26、汽油發 動機。(三 、 LPG 一柴油雙燃料汽車該車兩套燃料供給裝置, 即 LPG 供給系和柴油供給系。兩種燃料通過電磁閥轉換。 LPG 供給系統組成:由液化氣瓶 12、蒸發器 8、減壓器 7、 調壓閥 15、混合器 18和節氣 門等組成。 工作:LPG 和 CNG 柴油雙燃料發動機相同, 用柴油起動。待水溫度達到正常后,氣瓶閥 門打開,瓶內氣體蒸發器(冷卻水熱量 減壓閥 調壓閥混合器。利用發動機 不同工況下混合器真空度不同, 自動調節流 入混合器的液化氣量,與空氣均勻混合。 三、液化石油氣汽車的性能評價 (一 LPG 汽車的動力性 由圖 16可見:燃用 LPG 動力性有所下降。 是因 LPG

27、 混合氣的熱值較低。由圖 17可見:燃用 LPG 時的最大功率低, 但在稀混合氣區,燃用 LPG 的功率卻比燃用 汽油高 9%, 表明在稀混合區 LPG 的動力性優 于汽油。(二 LPG 汽車的燃料經濟性1、 LPG 與汽油相比,其辛烷值高,發動機運行更平穩,起動加速稍比汽油差。2、 LPG 混合氣形成質量高、燃燒完全,在整個負荷范圍的經濟性比汽油好,燃燒 1kg 液化 石油氣,相當于燃燒 1.2kg 汽油。 3、 LPG 的油耗在整個混合氣濃度范圍都低于汽 油,尤其在稀混合氣區低的更多; LPG 的稀限從 汽油的 a=1.3拓寬到 a=1.5; LPG 的最低油耗點從 汽油的 a=1.15擴

28、展到了 a=1.25;4、 LPG 的油耗曲線變化平坦, 在廣闊的混合氣濃 度范圍內有良好的燃料經濟性,對混合氣濃度變 化適應性強。 (三 LPG 汽車的排放由于 LPG 與空氣混合氣的形成質量優于汽油,燃燒較為完全,在 90 120km /h , LPG 汽車 CO 排放減少 80%, HC 減少 30%,但 NOx 稍有增加。 第三節 醇類燃料汽車 一、醇類燃料汽車概述醇類燃料主要指指甲醇和乙醇 。可直接作為發動機的燃料 , 也可和汽、柴油按一定 的比例混合。以甲醇為燃料的汽車稱為甲醇汽車,以乙醇為燃料的汽車稱為乙醇汽車。醇類燃料來源:甲醇可從煤炭、天然氣、煤層氣,生物資源、垃圾等物資中制

29、取;略帶臭味,與水無 限互溶,含 o250%,排氣清潔。乙醇可從含糖、含淀粉的農作物秸稈、糧食中制取。與水無限互溶,含 o234.7 %,排氣 清潔。甲醇和乙醇屬有機化合物,是無色透明、易揮發的可燃液體。與汽油相比,熱值低、 汽化潛熱大、抗暴性好、含氧量高;醇類燃料吸水性強、化學活性高、易早燃等。醇類燃料的主要特點1、辛烷值比汽油高:甲醇的辛烷值為 106 112, 汽油最高為 97, 可采用高壓縮比來提高熱效率。 但是醇類 燃料的抗爆性敏感度大,中、高速時的抗爆性不如低速時好。普通汽油與 15%-20%的甲醇 混合,辛烷值可以達到優質汽油的水平。2、汽化潛熱大: 按質量計算,甲醇的汽化潛熱為

30、汽油的 3.52倍,乙醇為汽油的 3倍。高汽化潛熱使 醇類燃料的低溫起動和低溫運行性差。 甲醇在 5以下, 乙醇在 20以下難以形成可燃混合 氣, 若不裝進氣預熱系統汽車難以起動。 但在汽油中混合低比例的醇, 利用汽化潛熱大的特 點可提高發動機熱效率和冷卻發動機。3、熱值低:甲醇的熱值為汽油的 48%, 乙醇的熱值為汽油的 64%。 燃用醇類燃料的經濟性低, 但 理論混合氣熱值與汽油相當,對汽車的動力性影響不很大。4、腐蝕性大:醇的化學活性較強,能腐蝕鋅、鋁等金屬。醇與汽油的混合燃料對橡膠、塑料的溶脹 作用比單獨的醇或汽油都強,混合 20%醇時對橡膠的溶脹最大。5、醇混合燃料容易發生分層:醇的

31、吸水性強,混合燃料吸水后易分離為兩相,因此,醇混合燃料要加助溶劑。 二、醇類燃料在發動機上的燃用方式1、摻燒:摻燒是主要應用方式?？筛倪M內燃機結構及設計良好的摻燒及控制裝置。甲醇或 乙醇與汽油的容積比例分別以 MX 或 EX 表示 。如甲醇占 10%、 20%,即以 M10、 M20表示,純甲醇燃料用 M100表示;乙醇占 10%、 20%,即以 E10、 E20表示,純乙醇燃料用 El00表示。2、純燒:純燒時對發動機的改進:1混合器的構造必須與醇的低熱值及較少的空氣需要量相適應,即:加大醇的供給減少空 氣的供給。2加大輸油泵的供油能力,以避免氣阻。3采用高壓縮比以充分利用醇高辛烷值的特性。

32、4壓縮比提高后,宜采用冷型火花塞。5加裝起動預熱裝置,解決冷起動不利的因素。6加大燃料箱,以保證必要續駛里程。7改善有關零件的抗腐蝕性和抗溶脹性等。3、甲醇改質甲醇改質是利用發動機排氣的余熱將甲醇改成為 H2和 CO 后輸往發動機。甲醇蒸發及氣體甲醇改質都需吸收熱量,故甲醇改質后熱值為液態甲醇的 1.2倍。改質 的熱量有排氣余熱獲得。改質氣的成分為:含氫 66.7%(mol,含 CO33.3%(mol。其余為少量的甲烷和甲醛等。 甲醇改質用催化劑采用鈀, 改質氣的成分和數量取決于催化劑的溫度。 催化劑的溫度越 高,轉換率越大, H2和 CO 生成量增多。當催化劑溫度大于 300后,大多數甲醇參

33、與改 質, H2和 CO 基本上保持不變。甲醇改質氣的特點:1、甲醇改質氣的的低熱值比甲醇高,但混合 氣熱值比甲醇略低。2、火焰傳播速度遠遠大于汽油,有利于熱效率的提高。3、著火界限很寬,易實施稀混合氣燃燒,提高熱效率。4、辛烷值高,許用壓縮比高。5、甲醇改質氣排氣中的 HC 和 CO 增加。6、 甲醇改質氣有效地回收了一部分排氣熱量,有利于熱效率的提高。甲醇改質裝置甲醇改質裝置是一個可將甲醇汽化并分解為可燃氣的裝置, 常用發動機排氣加熱, 又稱為排氣余熱改質器。安裝在排氣管附近。排氣余熱改質器是個多管式散熱器,其中少數管道用作使甲醇汽化的蒸發管, 多數管道用作使甲醇蒸氣發生分解的改質管。 改

34、質管中有促進甲醇分解的催化劑。甲醇改質的流程甲醇先經熱交換器預熱, 之后進入排氣余熱改質器的蒸發管,受熱變成氣態,然后流入改質管, 溫度進一 步升高并在催化劑作用下,分解為 H2和 CO ,再經熱交換器冷卻后進入發動機進氣管。 由于發動機的排氣溫度隨工況而變化, 使得甲醇改質氣的成分也隨發動機的排氣溫度而變化,因此工況不同,所提供的甲醇改質氣的成分不同。4、變性燃料乙醇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。汽車燃用醇類燃料時應注意的問題:1、醇是溶劑,使用初期,燃油系統零部件、油管壁上的沉積物會剝落, 導致濾清器堵塞,金屬將被腐蝕。應進行長時間橡膠浸泡試

35、驗及耐腐蝕試驗。2、 長期使用醇 -汽油混合燃料, 潤滑油酸值和粘度將會增加,發動機進氣系統部件中易產生油污, 導致拉缸。 應在潤滑油中添加清潔劑及中和酸性物質的添加劑。3、使用摻醇汽油后,汽車油耗和發動機動力有所下降。可適當提高壓縮比和加大點火提前 角。對電噴發動機進行匹配,延長噴油時間。4、醇的氣化潛熱比汽油高,在寒冷季節會使混合燃料難以氣化,不易起動。5、容易分層,使汽油和醇互溶性變差,影響燃油的品質。三、發動機燃用醇類燃料的參數選擇(一 汽油機使用醇類燃料時的參數選擇甲醇辛烷值高,抗爆燃性好;容積油耗量比汽油大;汽化潛熱及著火溫度高。乙醇的 性質介于甲醇與汽油之間。1、提高壓縮比:利用

36、辛烷值高、抗爆燃性好的特點,汽油機可將壓縮比提高到 1214, 大于 12, 熱效率的提高不明顯。提高 要與燃燒室的形狀、 缸內氣流運動方向及強度、 火花塞位置相配合, 以實現最 佳的燃燒過程。提高 ,組織較強的氣流運動,會使激冷層面減少和激冷層變薄。在提高 、改動 燃燒室形狀及尺寸時,應注意醇燃料早燃及爆燃的可能。2、改善燃油分配均勻性及供油特性:因功率相等時甲醇的容積耗量比汽油大一倍多, 因此要加大化油器的量孔, 現代汽車 采用噴油器, 改用甲醇或乙醇時, 要考慮其流量特性是否滿足要求及材料的相容性, 重新確 定混合氣的空燃比。由于醇的汽化熱高, 每循環供應量大, 工作時很難完全汽化, 用

37、化油器供醇或單點噴 射醇, 各缸間分配不均勻導致功率下降及油耗增加。 采用混合氣預熱, 可改善混合氣的形成 及均勻分配。 甲醇混合氣的預熱可以提高中、低負荷時的燃油經濟性,降低排放,但預熱過渡則會 使最大功率下降。3、混合氣空燃比的調整:醇燃料混合氣的可燃界限范圍寬, 汽油機改用醇燃料后會提高壓縮比, 使缸內氣流速 度及壓終溫度提高, 可使用稀混合氣。 若不用三元催化器、 不要求在理論空燃比附近工作時, 可使用更稀的混合氣,提高熱效率。4、火花塞及點火時間的選擇 :甲醇易表面著火,使用火花塞溫度應低于汽油機的火花塞溫度,要采用冷型火花塞。 醇燃料的汽化潛熱大,蒸氣壓低,各缸混合氣不均勻,發動機

38、低溫下難以穩定著火。 其改善措施是增加點火能量、延長點火時間、采用多電極火花塞等。(二柴油機使用醇類燃料時的參數選擇1、壓縮比的選擇:柴油機壓縮比為 16-20。較高的壓縮比有利于醇類燃料的氣化、混合氣的形成及穩定 的著火,然而壓縮比過高也會使醇類燃料早燃或爆燃。2、電熱塞與火花塞:柴油機改用醇燃料后,需要采用火花塞或電熱塞助燃?；鸹ㄈ?噴油器將燃油噴 射在活塞頂中央的圓盤上; 電熱塞助燃, 燃油噴射在固定缸蓋中心部位的圓盤上。 壓縮比分 別為 16.4及 16.5,采用針閥式單孔噴油嘴,噴啟壓力為 7MPa ?；鸹ㄈ牟贾?柴油機壓縮末期燃燒室內產生較強的渦流。 燃醇柴油機的火花塞與汽油

39、機不同, 采用長 電極冷型火花塞,或多極火花塞?；鸹ㄈ牟贾脩芙佑|到較多的混合氣, 且不會被氣流吹滅。 直噴燃燒室火花塞布置在 噴油嘴附近或噴油嘴的對面。95系列柴油機火花塞或電熱塞布置在水平位置上。采用長型火花塞或電熱塞,使電極 或電熱塞的熾熱體達到 B 或 C 位置,并采用無觸點晶體管點火裝置,增加噴油提前角。如 果火花塞處于 A 或 D 位置,則會因氣流或激冷層的影響以及混合氣過稀而不易著火。 (三 醇類燃料汽車的供給系汽車改用醇燃料時,汽油機可用化油器使醇與空氣形成混合氣,電控噴油器向氣道或汽 缸內噴入醇燃料, 其流量既要滿足全負荷時醇燃料供應量的要求, 又要滿足用汽油時小流量 要求

40、。柴油機使用醇燃料時仍用原高壓油泵及噴油器向缸內供給醇燃料。但須進行供油提前 角及點火時間的調整。因甲醇的熱值低.等功率下循環供油量比柴油大 1倍。需加大柱塞直徑,增大供油提 前角,改變噴射速率,否則循環供油量大,噴油結束遲,會增大補燒期。在汽車熱啟動時,因氣阻使起動困難,于是有些醇燃料噴油器不是從頂部進油,而是從側面進油。四、醇類燃料在汽車上的應用(一 、甲醇與柴油的缸內預混噴油 :醇類易于吸水且密度小于柴油, 與柴油的互溶性較差。 醇類的十六烷值很低, 著火性 能差,使醇類用于柴油機燃料比用于汽油機燃料困難。 柴油機采用預混一噴油法,在 進氣管上裝一個甲醇引入器, 是帶相互聯動的雙節氣門結

41、構。 節氣門 1用來控制甲醇混合氣 的引入量,節氣門 2用來控制附加進氣管的空氣量。當一個開大時另一個關小。工作中, 從甲醇引入器進入進氣管的甲醇迅速霧化、 蒸發并與空氣混合, 壓縮接近終了 時,柴油噴入汽缸,引燃甲醇空氣混合氣。 怠速小負荷運轉時,節氣門 1關閉,不 引入甲醇。同時節氣門 2開啟,引入空氣,發動機僅靠柴油運轉。 當負荷增加時, 節氣門 2逐漸關小, 節氣門 1逐漸開啟, 甲醇被吸出并與空氣混合, 在壓縮接近終了時被噴 入汽缸的柴油點燃; 當節氣門 2完全關閉時, 節氣門 1全開, 甲醇摻燒量最大,最大代用率 可達 50%。五、醇類燃料發動機性能評價 第四節 氫氣汽車一、氫燃料

42、汽車概述 氫氣在常溫常壓下為無色、無味、無毒的氣體。氫是是地球上儲量最豐富的資源,最常見的是水和有機物。氫燃燒后又生產水,是取之不盡用之不竭的清潔能源。氫的主要特點:1、氫質量最輕,標準狀態下的密度為 0.08998s /L ,為空氣的1/14.5。2、氫的沸點為 -253,常溫常壓下為氣體,攜帶性和安全性差。3、氫在大氣中的擴散系數為0.63cm3/s 約為汽油的 8倍, 形成可燃混合氣快,分配均勻,4、氫極易點燃,最小點火能量只有汽油的 1/3,火焰傳播速度比汽油高,容易實現稀薄燃燒;5、氫的自燃溫度比汽油高,達850K , 高于柴油的 620K 和汽油的 770K 。辛烷值高,允許有較高

43、的壓縮比。燃氫時熱效率較高,燃料消耗率較低。6、氫的低熱值高,是汽油的 2.7倍。但單位體積的發熱量只有汽油的 1/20 。質量理論混合 氣的熱值最大, 為 34.48, 但密度太小僅為空氣的 1/14.5 , 容積理論混合氣熱值反而最小, 為 3.17MJ /m3,所以動力性較差。7、氫燃料中不含碳元素,不排放 CO 、 HC 及硫化物。燃燒后生成 H20,而沒有 CO2, NOx 高于汽油機。8、儲存不便。氣態儲存密度低,續駛里程短。液態儲存要求 253的超低溫,成本很高, 且儲存中每天因蒸發損失 3%。二、氫的制取與儲存(一 氫的制取電解水制氫是較成熟的方法,將太陽能轉化成電能,再用電能

44、電解水制氫。隨著太 陽能電池轉換效率的提高,成本的降低及使用壽命的延長,用于制氫的前景較好。利用熱化學循環分解水制氫。純水的分解需要 780的溫度。利用核反應堆的高溫 來分解水制氫。 高溫石墨反應堆的溫度已高于 900, 而太陽爐的溫度可達 1200, 這將有 利于熱化學循環分解水工藝的發展。氫還可以從煤、石油、天然氣中制取。(二 、氫的儲存傳統存儲方法 :壓縮儲存、 液態儲存、 金屬化合物儲氫等。 壓縮儲氫是將氣體壓縮到 20MPa , 或冷卻到液化低溫 (約 253 下。 新儲氫方法:1、低溫吸附方法:將氣體冷卻至 -196達到液氮溫度,以減小體積。再將低溫氣體壓縮到 7MPa ,使氫吸附

45、到活性炭的表面。2、金屬氫化物的分解 :在金屬氫化物中, 金屬原子與含有數個氫原子的基團以較弱的離子鍵結合在一起, 儲 存氫。3、儲氫箱 :箱體由兩層隔熱鋼板制成,中間抽真空,液態氫充入儲氫箱內。炎熱季節箱內液態 氫受熱蒸發,當箱內氫氣壓力超過 0.45MPa 時,打開安全閥排入大氣。這雖安全,但每天 損失氫氣 2%3%。4、納米碳素纖維儲存氫:儲存器內裝有碳素纖維毛細管 (直徑為十億分之一毫米 , 氫氣充入毛細管, 氫原子就 與碳原子 化合 在一起,把氫氣存起來。當給儲存器加熱,氫氣可放出來。三、氫氣汽車的類型及應用(一氫氣汽車的分類按儲存的壓力和形態 :壓縮氫汽車:氫氣以 20-25MPa

46、 的壓力儲存于高壓氣瓶中。工作時經降壓、計量和混合后進 人汽缸,或直接噴入汽缸。液化氫汽車:以液態儲存氫的氫, 工作時液態氫經升溫、降壓和計量后直接噴入汽缸,或機 外混合后進入汽缸。吸附氫汽車:以金屬氫化物儲存氫, 工作時, 儲存于金屬氫化物中的氫釋放出來直接噴入汽 缸,或機外與空氣混合后進人汽缸。按混合氣形成方式:預混式:將氫氣與空氣經混合器混合后進入汽缸;缸內直噴式:氫氣通過噴氫器被直接噴人汽缸,在汽缸內完成與空氣的混合。(二氣態氫燃料在汽車上的應用采用進氣管混合:氫在進氣管預混,經進氣道進入汽缸,由火花塞或電熱塞或柴油引燃。 因 氫的分子量很小, 在等能量下氣態氫比任何可燃氣體體積大,

47、機外混合的容積效率低, 功率 只有石油燃料的 80%;氫與空氣經進氣、壓縮兩行程混合,混合時間較長,混合質量較好,但動力性低, 易產生回火,綜合性能較差。采用直噴缸內混合:汽車的動力性、熱效率及燃料經濟性都優于石油燃料汽車。 (三液態氫燃料在汽車上的應用供氫系統組成:由儲氫甁、液氫泵、熱交換器、儲氫筒和噴氫器等組成。工作:液氫泵將液氫從儲氫甁中抽出,迅速由液態變成氣態,經高壓輸氫管送人熱交換器,提高氫的溫度,然后氫氣由儲氫筒,經噴氫器在高壓下噴入燃燒室。儲氫甁的容積為 82L ,質量 35kg ,一次充液氫后,小客車的續駛里程達 350400km。 四、氫燃料汽車的性能評價(一動力性和經濟性使

48、用缸外氫氣與空氣混合, 由于容積效率低, 發動機功率比原汽油機低 20%30; 用 缸內混合,將冷氫高壓噴入燃燒室,因充量密度高,燃燒完善,功率比原汽油機提高 15%左右。汽油機改用氫燃料可使熱效率提高 15%45%,功率降低 20%30%(缸外混合 。(二排放性氫完全燃燒的產物是 H20,實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 NOx ,廢氣中會含有末參與燃燒的 N2和剩余的 O2,以及沒有來得及燃燒的 H2。如 果潤滑油竄入燃燒室,廢氣中還會含有 CO 、 HC 、 CO2、醛甚至微粒,但很少。使用氫燃料 后,有害排放物比原排放明顯減少。 第五節 電動汽車一、電動汽車的發

49、展優勢以及所面臨的問題(一 電動汽車的發展優勢1、電動汽車結構簡單,使用方便。無機油、油泵、化油器及消聲裝置等,毋需添加冷卻水。 2、電動汽車為零排放,噪聲小。3、電力來源為多樣性,許多清潔的可再生能源,像水能、 太陽能、潮汐能、氫能、核能等,都可高效地轉化為電能。4、電動汽車起動速度快,等紅燈時可以停車, 提高能源的使用效率;5、制動減速或下坡時,可通過電子控制器, 將汽車的行駛動能 再生 轉化為電能并儲存于蓄電池之中,能量可回收。(二 、 普及電動汽車所面臨的問題 1、降低電動汽車的價格;2、提高一次充電后的行駛里程;3、延長蓄電池的使用壽命;4、發展充電設施在內的基礎設施;5、解決右圖的

50、技術難題。 二、蓄電池蓄電池是電動汽車的關鍵技術,也是制約電動汽車發展的最大因素。對蓄電池的要求:1、能量密度 (W.h/kg 又稱比能量:能量密度決定了電動汽車潛在的運行范圍,要求蓄電池 的能量密度要高;2、功率密度 (W/kg 又稱比功率:功率決定了電動汽車的加速和爬坡性能,要求蓄電池的 功率密度要高;3、循環壽命 (充放電一次為一個循環 :決定了蓄電池充電的次數,要求循環壽命長;4、起動性能:即預熱和從起動到最高速所需時間要短。5、價格費用:即電池價格和運行費用要低;6、可靠性:惡劣條件下的故障率少;7、安全性:操作安全和對人體、環境安全。蓄電池的類型:主要有鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鈉一氯

51、化鎳電 池、鋰電池、鈉一硫電池、 鎳鎘電池等。鉛酸蓄電池:成本低,比能低,快速充電不成熟,材料充足;鎳氫電池:能量密度大,比功率大,不含重金屬,有“綠色”電池之稱,來受到普遍關注; 鈉一氯化鎳電池:比能量高,峰值功率高,安全性好,便于維護,發展前途好;鋰電池:具有一系列的優點,使之成為稱為各國研究的重點;鈉一硫電池:技術復雜性,在電動汽車上的發展受到限制;鎳一鎘電池:雖然成本較高,但其使用壽命長、比能量大,但鎘污染環境 .三、電動機電動機選擇的原則應該是轉矩 /轉速特性與電動汽車的負載特性匹配良好 , 即低速發出 大轉矩 , 高速發出小轉矩;動態特性好,能迅速和平滑地控制電機的轉矩,適應電動汽

52、車啟 動、停車、加速和減速的要求;高的效率、較低的成本、堅固以及維修簡單等。1、異步電動機特點:總體價格比直流電動機高、 效率高、調速范圍寬、基本免維護以及體積小質量輕。 驅動特性:第一段:低速區, 電動機頻率低于基頻,產生額定轉矩,成為恒轉速區; 第二段:中速區,定子電壓保持恒定,電動機功率維持額定不變;第三段:高速區,定子電流衰減,轉矩以速度的平方減小。2、永磁式無刷電動機永磁無刷直流電動機為最適于電動汽車驅動的電機品種。優點:由高能永磁材料勵磁, 一定的輸出功率下,體積和質量小,功率密度高;由于轉子無繞組,無銅耗,因此效率高于其他電機;電機發熱主要集中于定子,易于 散熱;可靠性較高;轉子

53、電磁時間常數小,動態性能好。缺點:所需稀土永磁材料的制造工藝復雜, 永磁電機在大過載電流下, 因溫度高會導 致磁性材料的磁性衰退或遲磁,使用中要嚴格控制過載電流,因此成本高,相應價格高。3、開關式磁阻電動機優點:定子采用簡單的集中繞組,轉子是凸極無繞組,結構簡單,工作可靠,效率高,且容 易實現電動汽車制動時的能量回收,工作特性好,響應速度快,制造成本低。 缺點:雙凸極工作造成轉矩脈動和噪聲較大。四、電動汽車基本結構及其工作原理電動汽車的基本結構 可分為三個系統,即電力驅動系統、能源系統、輔助控制系統。工作:根據制動踏板和加速踏板的信號,電子控制器發出相應的控制指令控制功率轉換器的功率裝置的通斷

54、,當電動汽車制功時,再生制動的動能被電源吸收,此時功率流的方向反向。能量管理系統和電控系統一起控制再生制動及其能量的回收,能量管理系統和充電 器一同控制充電并監測電源的使用情況。輔助動力供給系統供給電動汽車輔助系統不同電壓并提供必要的動力,它主要給動力轉向、空調、制動及其他輔助裝置提供動力。五、混合動力電動汽車混合動力電動汽車有串聯、并聯和混聯混合動力電動汽車三種類型。(一 、串聯式混合動力電動汽車(SHEV S HEV 由發動機、發電機和驅動電動機組成。發動機、發電機和驅動電動機采用串聯的 方式組成驅動系統。 SHEV 用發動機帶發電機組發電, 電能供應驅動電動機或動力蓄電池組, 使 SHE

55、V 的行駛里程得到延長。 該機組的發動機并不直接參與驅動車輛。 發動機的轉速不受 SHEV 運行工況的影向。SHEV 驅動系統的特點: 1、結構及控制系統比較簡單;2、只有電動機驅動模式,其動力特性更加趨近于 EV ,要求發動機、 發電機和驅動電機的功率都等于或接近于 SHEV 的最大驅動功率;3、由于該系統的能量在熱能 -電能 -機械能之間轉換,總效率低于內燃機效率;4、由于三大動力總成之間無直接的機械連接, 在布置上具有較大自由度, 但同時受限于各總成體積較大、質量較重以及龐大的動力電池組,所以通常用于大型客車、公交汽車等。2、并聯式混合動力電動汽車(PHEV PHEV 是由發動機、 電動

56、機 /發電機或驅動電動機兩大動力組成, 其發動機、 電動機 /發電 機或驅動電動機采用并聯的方式組成驅動系統。發動機和電動機通過變速裝置同時與驅動橋直接相連接。 電動機 用來平衡發動機的載荷, 發動機在高負荷下經濟性較好。 當車輛在較小載荷下工作時, 發動機可熄火只用電動機驅動汽車。并聯式混合動力電動汽車的驅動方式是轉速合成驅動方式,發動機通過離合器和動力合 成器驅動汽車,電動機也通過動力合成器驅動汽車。結構簡單,改制容易,維修方便。 “動力合成器”是行星齒輪機構,其特點是:1、可使發動機或電動機之間的轉速靈活分配,使轉矩固定在汽車的轉矩上,用調節發動機 節氣門與電動機的轉速相互配合。2、當汽車加速時,發動機和電動機同時