新型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)(7)PPT課件

第十一章新型汽車動(dòng)力 第1節(jié)概述第2節(jié)代用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)第3節(jié)電動(dòng)汽車第4節(jié)燃料電池第5節(jié)混合動(dòng)力汽車 第1節(jié)概述 新型汽車動(dòng)力 是指當(dāng)前在車用動(dòng)力中占統(tǒng)治地位的 燃用傳統(tǒng)汽油或柴油的往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)以外的動(dòng)力機(jī)械 目的 1 變革發(fā)動(dòng)機(jī)的功率傳輸機(jī)構(gòu) 2 解決能源短缺 環(huán)境污染和生態(tài)失衡 驅(qū)動(dòng)汽車的可用能源 汽車燃料的預(yù)測(cè) 英國(guó)Tickford公司的預(yù)測(cè) 各種動(dòng)力的有效熱效率 第2節(jié)代用燃料發(fā)動(dòng)機(jī) 天然氣和液化石油氣汽車的優(yōu)缺點(diǎn) 1 優(yōu)點(diǎn)2 缺點(diǎn) 1 充分利用天然氣資源可以替代十分短缺的汽油和柴油 2 減少對(duì)大氣的污染 燃料與空氣同相 混合均勻 燃燒較完全 可大幅度降低CO和HC排放 徹底改善微粒排放污染 甲烷CO2排放低 3 燃料經(jīng)濟(jì)性好 汽油2 8元 1kg 天然氣0 70元 1kg 4 壓縮天然氣比汽油安全 天然氣密封好 在空氣中易被驅(qū)散 燃點(diǎn)高 537 5 使用性能好 冷起動(dòng)性能好 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn) 燃燒不會(huì)產(chǎn)生積炭 發(fā)動(dòng)機(jī)壽命長(zhǎng) 維修費(fèi)低 6 天然氣有較好的抗爆性 天然氣辛烷值130 液化石油氣100 高級(jí)汽油96 天然氣和液化石油氣汽車的優(yōu)缺點(diǎn) 1 優(yōu)點(diǎn)2 缺點(diǎn) 1 天然氣的攜帶性差 液化石油氣在較低壓力下 690kPa 就可以完全液化 幾乎和汽柴油同樣便于攜帶 但天然氣只有采用先進(jìn)的膨脹制冷過(guò)程將其冷卻到 162 才能液化 這要求有較高的技術(shù) 無(wú)論是液化設(shè)備還是車上儲(chǔ)罐 造價(jià)都會(huì)較高 目前廣泛采用的CNG均采用高壓 20 25MPa 存儲(chǔ)在高壓氣瓶?jī)?nèi) 這些氣瓶導(dǎo)致汽車自重增大 空間減小 限制了續(xù)駛里程 2 當(dāng)采用缸外預(yù)混合方式時(shí) 氣體燃料的充氣系數(shù)比液體燃料大約低10 氣體燃料的理論混合氣熱值也較低 與相同排量的汽油機(jī)比 發(fā)動(dòng)機(jī)功率有所下降 3 若以雙燃料或兩用燃料并存形式應(yīng)用于汽車 則整車成本提高約15 CNG 汽油兩用燃料系統(tǒng) 天然氣汽車減壓閥 雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造 液化石油氣燃料供給系統(tǒng) 蒸發(fā)調(diào)壓閥 CNG電控噴射系統(tǒng) 第3節(jié)電動(dòng)汽車 1 概述2 電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)3 電動(dòng)汽車的不足4 電動(dòng)汽車的動(dòng)力源 1 定義電動(dòng)汽車一般的理解是從車載電源獲得電力 以電機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛 它包括從蓄電池 燃料電池 飛輪電池和車載發(fā)電機(jī)組獲得電力的各種車輛 2 構(gòu)成由車載電源 驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器 汽車底盤和車身 附件等構(gòu)成 3 分類按用途分 電動(dòng)轎車 載貨汽車 客車 越野車按能量來(lái)源分 純電動(dòng)汽車 PEV 和混和動(dòng)力汽車 HEV 按構(gòu)造分 改裝車型電動(dòng)車和全新設(shè)計(jì)型電動(dòng)車4 發(fā)展史較內(nèi)燃機(jī)發(fā)明早 在19世紀(jì)末和20世紀(jì)初曾有過(guò)一段輝煌 由于電動(dòng)車在性能 價(jià)格等方面難以與內(nèi)燃機(jī)競(jìng)爭(zhēng)而逐步被燃油汽車取代 第3節(jié)電動(dòng)汽車 1 概述2 電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)3 電動(dòng)汽車的不足4 電動(dòng)汽車的動(dòng)力源 1 電動(dòng)汽車本身不排放有害氣體 對(duì)環(huán)境無(wú)污染1995年 美國(guó)大氣污染物中有42 來(lái)自汽車排放 世界銀行專家組的報(bào)告指出 中國(guó)大城市的環(huán)境污染狀況目前是全世界最嚴(yán)重的 全球空氣污染最嚴(yán)重的20個(gè)城市中 有10個(gè)在中國(guó) 大氣污染造成的損失500億美元 為中國(guó)1995年國(guó)民生產(chǎn)總值的8 2 節(jié)能及能源的多樣化和綜合利用電動(dòng)汽車所需的能源可多樣化 電動(dòng)汽車能源的轉(zhuǎn)換效率超過(guò)燃油汽車的效率 電動(dòng)汽車的充電可放在夜間進(jìn)行 3 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和維修使用方便 第3節(jié)電動(dòng)汽車 1 概述2 電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)3 電動(dòng)汽車的不足4 電動(dòng)汽車的動(dòng)力源 1 電池性能差目前實(shí)際使用的只有鉛酸和鎘鎳兩種電池 前者每公斤質(zhì)量?jī)?chǔ)存的電能約40Wh 后者為45 60Wh 而汽油為12000Wh 相差200 300倍 一次充電行程太短 是電動(dòng)汽車不能推廣應(yīng)用的一個(gè)主要原因 2 動(dòng)力性能差 運(yùn)輸效益低電動(dòng)汽車的最高車速 加速能力和爬坡能力都趕不上燃油汽車 而且?guī)Я舜罅侩姵?只能少拉人或貨 運(yùn)輸效率低 3 成本高 價(jià)格貴電動(dòng)汽車的價(jià)格一般為同級(jí)燃油汽車的2 3倍 使用成本則取決于電池的壽命和有關(guān)的政策 4 基礎(chǔ)設(shè)施缺乏 第3節(jié)電動(dòng)汽車 1 概述2 電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)3 電動(dòng)汽車的難點(diǎn)4 電動(dòng)汽車的動(dòng)力源 1 一次電池又稱 原電池 即放電后不能用充電方法使它復(fù)原的電池 換言之 這種電池只能用一次 2 二次電池又稱 蓄電池 電池放電后又可用充電方法使活性物質(zhì)復(fù)原而能再次放電 且可反復(fù)多次循環(huán)使用的一類電池 如 鉛酸電池 鎘鎳電池 氫鎳電池 鈉硫電池 鋰電池 飛輪電池等 3 燃料電池又稱 連續(xù)電池 即只要活性物質(zhì)連續(xù)地注入電池 就能長(zhǎng)期不斷地進(jìn)行放電的電池 各種蓄電池性能的對(duì)比 第4節(jié)燃料電池 1 概述2 氫燃料電池系統(tǒng)3 甲醇燃料系統(tǒng)4 汽油燃料系統(tǒng) 1 什么是燃料電池 燃料電池是利用燃料 氫氣 和氧化物的電化學(xué)反應(yīng) 將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的高效發(fā)電裝置 2 分類 3 質(zhì)子膜交換燃料電池的特點(diǎn)工作溫度低 50 100 工作可靠性高無(wú)化學(xué)腐蝕能量密度高無(wú)排放污染對(duì)燃料適應(yīng)性強(qiáng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 制造方便但催化劑對(duì)CO敏感 需要貴金屬催化劑 Pt 繼續(xù) 質(zhì)子交換膜燃料電池工作原理 返回 覆蓋在質(zhì)子交換膜表面的催化劑在陽(yáng)極將氫氣催化分解成質(zhì)子 陽(yáng)極的質(zhì)子通過(guò)質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極 由氫氣分解釋放出的電子被引出電池通過(guò)負(fù)載到達(dá)陰極 在這過(guò)程中就產(chǎn)生了能量 在陰極 質(zhì)子與氧和電子相結(jié)合產(chǎn)生水 燃料電池的分類 返回 第4節(jié)燃料電池 1 概述2 氫燃料電池系統(tǒng)3 甲醇燃料系統(tǒng)4 汽油燃料系統(tǒng) 特點(diǎn) 氫氣直接供給電池組缺點(diǎn) 1 車載氫燃料存儲(chǔ)體積大 2 基礎(chǔ)供氣投資大 繼續(xù) 氫燃料電池系統(tǒng) 第4節(jié)燃料電池 1 概述2 氫燃料電池系統(tǒng)3 甲醇燃料系統(tǒng)4 汽油燃料系統(tǒng) 工作過(guò)程 1 甲醇和水的混合物在蒸發(fā)器里蒸發(fā)成氣態(tài) 2 甲醇蒸汽在轉(zhuǎn)化器中高溫分解成氫和CO 3 部分氧化器 POX 在低氧低壓的條件下將甲醇轉(zhuǎn)化成H2和CO 4 混合氣直接進(jìn)入燃料電池的陽(yáng)極和進(jìn)入陰極的空氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng) 缺點(diǎn) 甲醇轉(zhuǎn)化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的CO 使催化劑中毒 繼續(xù) 甲醇燃料電池系統(tǒng) 甲醇改質(zhì)型燃料電池系統(tǒng) 第4節(jié)燃料電池 1 概述2 氫燃料電池系統(tǒng)3 甲醇燃料系統(tǒng)4 汽油燃料系統(tǒng) 工作原理 1 汽油在燃料器或蒸發(fā)器里加熱變?yōu)闅怏w 2 蒸發(fā)汽油引入部分氧化器 POX 中 在低壓下可使汽油蒸汽與少量空氣混合 產(chǎn)生H2和CO 3 水 汽轉(zhuǎn)化器中引入水蒸汽 與催化劑作用使大部分CO轉(zhuǎn)化成CO2和H2 4 在富氧反應(yīng)器中將空氣噴入氣體中 使殘存的CO在鉑催化劑的作用下生成CO2 5 產(chǎn)生的氫氣與空氣結(jié)合產(chǎn)生電 缺點(diǎn) 增加排放控制成本 轉(zhuǎn)化過(guò)程要損失一些效率 繼續(xù) 燃料電池觀光車 戴勒姆克萊斯勒的燃料電池車Necar5 實(shí)驗(yàn)用燃料電池電動(dòng)汽車性能對(duì)比 1 發(fā)電原理 氫氣 甲醇 汽油 2 基礎(chǔ)設(shè)施 汽油 甲醇 氫氣 3 排放特性 氫氣 甲醇 汽油 第5節(jié)混合動(dòng)力汽車 1 概述2 混合動(dòng)力汽車的優(yōu)點(diǎn)3 混和動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4 混合動(dòng)力汽車的關(guān)鍵技術(shù) 什么是混合動(dòng)力汽車 混合動(dòng)力汽車 HV 是將電驅(qū)動(dòng)與輔助動(dòng)力單元合用到一輛車上 這個(gè)輔助動(dòng)力單元實(shí)際上是一個(gè)燃燒某種燃料的原動(dòng)機(jī)或動(dòng)力發(fā)電機(jī)組 燃料可以是汽油 柴油等傳統(tǒng)燃料 也可以是甲醇 乙醇 液化石油氣 天然氣 氫氣等代用燃料 原動(dòng)機(jī)可以是內(nèi)燃機(jī) 也可以是燃?xì)廨啓C(jī) 斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)等外燃機(jī) 混合動(dòng)力汽車發(fā)展趨勢(shì) 第5節(jié)混合動(dòng)力汽車 1 電池的容量減小 電動(dòng)汽車自重過(guò)大的矛盾有所緩解 2 輔助動(dòng)力單元使混合動(dòng)力汽車的續(xù)駛里程與動(dòng)力性可以達(dá)到當(dāng)前內(nèi)燃機(jī)的水平 3 雖然原動(dòng)機(jī)會(huì)有一定的廢氣排放 但由于原動(dòng)機(jī)主要工作在最佳工況點(diǎn)附近 與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車變工況的廢氣排放相比 可達(dá)到超低排放水平 4 制動(dòng)能量回收系統(tǒng)可節(jié)省能量 提高制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和使用壽命 5 利用原動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力直接帶動(dòng)車內(nèi)空調(diào) 空壓機(jī) 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等 無(wú)需消耗電池組內(nèi)有限的電能 保證了乘員的舒適性和駕駛的輕便性 6 在排放嚴(yán)格限制的地區(qū) 可實(shí)現(xiàn)零排放 1 概述2 混合動(dòng)力汽車的優(yōu)點(diǎn)3 混和動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4 混合動(dòng)力汽車的關(guān)鍵技術(shù) 第5節(jié)混合動(dòng)力汽車 1 概述2 混合動(dòng)力汽車的優(yōu)點(diǎn)3 混和動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4 混合動(dòng)力汽車的關(guān)鍵技術(shù) 混合動(dòng)力汽車是電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組合 按照能量合成的方式可劃分為串聯(lián)式 并聯(lián)式和混聯(lián)式 靈活驅(qū)動(dòng)式 混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 串聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 工作原理 原動(dòng)機(jī)控制在最佳工況相對(duì)穩(wěn)定運(yùn)行 除帶動(dòng)空調(diào)壓縮泵 液壓泵等附件外 還帶動(dòng)發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電能可直接供電動(dòng)機(jī)使用 當(dāng)汽車在起步 加速 爬坡或高速行駛需要較大的功率而發(fā)電機(jī)無(wú)法滿足時(shí) 電池組可提供額外的電能 當(dāng)汽車低速 滑行 制動(dòng)或停車時(shí) 發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率超過(guò)汽車的需求 多余的電能向電池組充電 串聯(lián)式混和動(dòng)力系統(tǒng)最適合在城區(qū)行駛的車輛 如公共汽車上采用 并聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 工作原理 原動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)以機(jī)械能疊加的方式驅(qū)動(dòng)汽車 它們可以分別獨(dú)立地向汽車的傳動(dòng)系提供轉(zhuǎn)矩和動(dòng)力 在需要大功率時(shí)也可以