汽車新能源與節(jié)能技術(shù)講稿_圖文

1、汽車新能源與節(jié)能技術(shù)主講:王會(huì)明目錄第一章:緒論第二章:新能源汽車第三章:發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)第四章:汽車底盤節(jié)能技術(shù)第五章:汽車車身節(jié)能技術(shù)第六章:汽車燃油、潤(rùn)滑油的選用與節(jié)能第七章:汽車運(yùn)用節(jié)能第一章 緒論第一節(jié):能源的概念與分類第二節(jié):能源與環(huán)保壓力第三節(jié):影響汽車能耗的主要因素和節(jié)能的主要途徑 本章學(xué)習(xí)重點(diǎn)1、掌握汽車節(jié)能有關(guān)的基本概念2、掌握汽車節(jié)能評(píng)價(jià)指標(biāo)3、掌握影響汽車能耗的主要因素和節(jié)能的基本途徑。第一節(jié) 能源的概念與分類一、能源的概念與特點(diǎn)能源:是指人類取得能量的來源,是直接或通過轉(zhuǎn)換提供人類所需的有用的能資源。人類 的一切活動(dòng)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(zhuǎn)為風(fēng)能、水能、波浪能、海流 能; 植物通過光合作用轉(zhuǎn)為生物質(zhì)能; 動(dòng)植物在特殊地質(zhì)條件下經(jīng)億萬年轉(zhuǎn)為石油、煤炭、天然氣等化石能源; 地球心部的熱核反應(yīng)地?zé)崮? 太陽系星星運(yùn)行產(chǎn)生的朝夕能。 上述一切能源為初始能源。2、能源具有的特點(diǎn): 能源形式在一定條件下可以互相轉(zhuǎn)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(chǔ)存過程中存在泄漏和危險(xiǎn)等問題。 有些能源(電能不能儲(chǔ)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(guī)模使用的常規(guī)能源、正在積極研究開發(fā)、推廣的新能源。 4、按能否自動(dòng)再生:分為再生能源、非再生能源。 5、按對(duì)環(huán)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(shí) (kW. h 。 因能源的種類很多,為便于統(tǒng)計(jì)、分析 和比較, 規(guī)定以煤當(dāng)量 (1kg標(biāo)準(zhǔn)煤 =29.3MJ作為能源的統(tǒng)一度量單位 (有些國(guó)家使用油 當(dāng)量作為能源的度量單位 。即按煤(油 的熱當(dāng)量值計(jì)算各種能源量的統(tǒng)一計(jì)量單 位, 1kg 標(biāo)準(zhǔn)煤的熱當(dāng)量值 =0.7kg

4、標(biāo)準(zhǔn)油的 熱當(dāng)量值。第二節(jié):能源與環(huán)保壓力 一、能源壓力 2008年中國(guó)石油總儲(chǔ)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(guó)就“滴油不剩”了。 2008年中國(guó)石油消費(fèi)量為 3.9億噸,自產(chǎn)石油 1.9億噸,進(jìn)口石油 2億噸。中國(guó)進(jìn)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(guó)進(jìn)口石油 80%路過印度 洋,中國(guó)要看印度臉色。 二、環(huán)保壓力據(jù) 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(jī)動(dòng)車尾氣排放分擔(dān)率 (2005年 CO HC NOX當(dāng)前面對(duì)的問題?1、化石燃料在不久的將來會(huì)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(yán)重的威脅!3、人類的出路在哪里?我們?cè)摓榈厍蚰赣H做些什么?4、從我做起,研究、使用清潔環(huán)保的可再生能源,節(jié)能減排,降低大氣污染,阻止氣候變 暖,為了一個(gè)生機(jī)勃勃的地球而努力!第二章:新能源汽車第一節(jié):天然氣汽車第二節(jié):液化石油氣汽車第三節(jié):醇類燃料汽車第三節(jié):氫氣汽車第四節(jié):

6、電動(dòng)汽車本章學(xué)習(xí)重點(diǎn):1、掌握有關(guān)替代能源汽車的基本概念2、掌握替代能源汽車結(jié)構(gòu)的特征和基本工作原理3、明確替代能源汽車合理運(yùn)用的特殊事項(xiàng)4、掌握替代能源汽車評(píng)價(jià)的基本知識(shí)新 能源的類型與特點(diǎn) 第一節(jié) 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(zhì)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(qiáng),可提高壓縮比提高汽車的動(dòng) 力性和經(jīng)濟(jì)性。天然氣混合氣的著火界限 寬闊,可采用稀燃技術(shù)提高發(fā)動(dòng)機(jī)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(dá)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(shù)成熟、有良好 的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益而被廣泛應(yīng)用于 世界 40多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。 二、天然氣汽車的類型(一 按儲(chǔ)存天然氣的壓力和形態(tài)分:1、壓縮天然氣汽車 (CNGV:天然氣以 20MPa 高壓氣態(tài)儲(chǔ)存于氣瓶?jī)?nèi),工作時(shí)經(jīng)降壓、計(jì) 量和混合后進(jìn)入汽缸,或直接噴入汽缸及進(jìn)氣管。2、常壓天然氣汽車 (NNGV:以常壓氣態(tài)儲(chǔ)存天然氣,因攜帶不便及不安全,該儲(chǔ)存方式 已被淘汰。3、液化天然氣汽車 (LNGV:以液態(tài)儲(chǔ)存天然氣,工作時(shí)經(jīng)升溫、計(jì)量和混合后進(jìn)人汽缸, 或直接噴入汽缸及進(jìn)氣管。天然氣液化后的體積僅為標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積的 1/625,儲(chǔ)帶方便, 應(yīng)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(chǔ)存于儲(chǔ)氣瓶?jī)?nèi),工作時(shí)經(jīng)降 壓、計(jì)量和混合后進(jìn)入汽缸,或直接噴入汽缸及進(jìn)氣管 。(二 按燃料的組成與應(yīng)用分:1.單燃料 (CNG汽車:發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供給系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)專為燃用天然氣而設(shè)計(jì), 充分利用天然氣的性質(zhì) 特點(diǎn),保證燃料的有效利用,使天然氣汽車的性能達(dá)到最優(yōu)。2. CNG 一汽油兩用燃料汽車 :可在兩種燃料中進(jìn)行轉(zhuǎn)換使用, 設(shè)有兩套燃料供給系統(tǒng), 無論是使用 CNG 或汽油, 發(fā)動(dòng)機(jī)都能正常工作,利用選擇開關(guān)實(shí)現(xiàn)燃料的轉(zhuǎn)換,兩種燃料不允許同時(shí)混合使用。 3. CNG 一柴油雙燃料汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作于雙燃料狀態(tài),用壓燃的少量

9、柴油引燃 CNG 與空氣的混合氣。系統(tǒng)有 同時(shí)供給汽車兩種燃料的系統(tǒng)。由于在高負(fù)荷時(shí)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(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) 。目前各國(guó)天然氣加氣站沒有形成網(wǎng)絡(luò),所以,壓縮天然氣汽車大部分是在汽油機(jī)或柴 油機(jī)的基礎(chǔ)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(tǒng)組成:儲(chǔ)氣瓶、電磁閥、減壓閥、空濾器、混合氣等組成。工作:儲(chǔ)氣瓶 電磁閥 減壓閥(減壓后 混合器 進(jìn)氣管 汽缸。雙燃料

10、發(fā)動(dòng)機(jī)由調(diào)速器根據(jù)負(fù)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(diào)節(jié)器組成:減壓調(diào)節(jié)器由三級(jí)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(jīng)濾清器進(jìn)入高壓電磁閥,電磁線圈未通電時(shí),鐵芯在回位彈簧的作用下,使閥體下移密封氣道。當(dāng)電磁閥通電時(shí),電磁鐵的吸力將閥提起,打開主通道,進(jìn)入一級(jí)減壓閥。一級(jí) 減壓閥未 通入高壓氣體時(shí),在彈簧作用下使膜片下移,帶動(dòng)杠桿轉(zhuǎn)動(dòng),使閥芯與閥口保持 0.5-1mm 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, 達(dá)到額定輸出壓力時(shí), 氣體作用下膜片克服彈簧 的彈

11、力上移, 帶動(dòng)杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)使閥口關(guān)閉。 當(dāng)減壓室氣體向二級(jí)閥輸出后壓力下降, 彈簧的作 用又使閥口打開,如此反復(fù),使一級(jí)減壓閥出口壓力穩(wěn)定在 0.350.4Mpa 內(nèi)。二級(jí)減壓閥口處于常開狀態(tài),高壓氣經(jīng)一級(jí)減壓后進(jìn)入二級(jí)減壓室,使二級(jí)減壓室的壓 力升高, 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彈簧的彈力, 使膜片向下動(dòng) 作帶動(dòng)杠桿轉(zhuǎn)動(dòng), 使二級(jí)減壓閥閥口關(guān)閉。 當(dāng)減壓室氣體向三級(jí)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(fù),使出口壓力穩(wěn)定在 0.150.19MPa 內(nèi)。三級(jí)減壓閥口處于常閉狀態(tài),閥的開閉由發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣真空度控制。當(dāng)閥室內(nèi)真空度為零 時(shí),在壓力彈簧的作用下,閥

12、口處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)閥室處于負(fù)壓時(shí),由于膜片下方與大氣相 通,在壓力差下膜片向上運(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)額定范圍內(nèi)。 經(jīng)三級(jí)減壓后的天然氣流量隨發(fā)動(dòng)機(jī)工況變化而變化,由發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣真空度調(diào)節(jié),發(fā)動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)速高、吸力大時(shí),減壓器各閥開度變大,輸出流量增大、反之則減少。以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)各 種工況的供氣量。發(fā)動(dòng)機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),三級(jí)減壓閥關(guān)閉。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)和怠速時(shí),真空度較小,無法打開三級(jí) 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(shí),在彈簧作用下電磁 鐵芯下移將閥

13、孔關(guān)閉; 電磁閥通電時(shí), 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(shí),天然氣由二級(jí)減壓腔經(jīng)怠速供氣管流入減壓閥低壓出氣管,以滿足汽車起動(dòng)、 怠速用氣所需。2、 混合器混合器為文丘里管結(jié)構(gòu)。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(jìn)氣道。混合器一方面要使喉管處產(chǎn)生真空度來調(diào)節(jié)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(fā)動(dòng)機(jī)功率 下降。通氣小孔總截面積應(yīng)與天然氣進(jìn)氣道截面積相匹配。3、比例調(diào)節(jié)混合器減壓閥輸出壓力為負(fù)值時(shí), 使

14、用文丘里管混合器; 若輸出壓力大于零則使用比例調(diào)節(jié)混 合器,發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后天然氣通道由比例調(diào)節(jié)混合器封閉。工作原理:當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí),進(jìn)氣歧管產(chǎn)生真空,混合器氣室 B 的空氣經(jīng)管道 E 進(jìn)入化油器進(jìn) 氣管;氣室 B 產(chǎn)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(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(dòng)機(jī)。 混合器膜片根據(jù) 化油器進(jìn)氣管的真空度變化上下運(yùn)動(dòng), 使天然氣進(jìn)氣管開度隨之變化, 從而向發(fā)動(dòng)機(jī)提供不 同數(shù)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(tǒng)保留不變, 增加

15、一套 壓縮天然氣裝置 。 天然氣儲(chǔ)氣系統(tǒng):充氣閥、高壓截止閥、天然氣儲(chǔ)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(tǒng):天然氣濾清器、天然氣高壓電磁閥、 減壓調(diào)節(jié)閥、 混合器等 。油氣燃料轉(zhuǎn)換系統(tǒng):油氣燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)、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(jìn)氣道混合器混合供氣和缸外進(jìn)氣門處噴射供氣 。缸外進(jìn)氣門處噴射比進(jìn)氣道混合器供氣方式先進(jìn)。氣體噴射器布置在各缸進(jìn)氣道進(jìn)氣 門處,采用多點(diǎn)噴射,可實(shí)現(xiàn)每一缸的定時(shí)定量供氣 。缸內(nèi)供氣方: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。包括缸內(nèi)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(diǎn)燃式氣體燃料 發(fā)動(dòng)機(jī)上;高壓噴射用在壓縮比較高和壓縮終點(diǎn)噴射的氣體燃料發(fā)動(dòng)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):空氣供給系統(tǒng):空氣濾清器、進(jìn)氣管等 。燃?xì)夤┙o系統(tǒng):儲(chǔ)氣瓶、燃?xì)膺^濾器、調(diào)壓器、噴氣閥和輸氣管等?？刂葡到y(tǒng):傳感器、電控單元和執(zhí)行元件等 。工作:空氣空氣濾清器進(jìn)氣管節(jié)氣門進(jìn)氣門汽缸。燃?xì)?儲(chǔ)氣瓶燃?xì)膺^濾器減壓閥噴氣閥汽缸。電控單元發(fā)動(dòng)機(jī)工況 各傳感器的信息(分析、處理、計(jì)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(jìn)氣管接頭、閥座、球閥、推桿、銜鐵、線圈、殼體等組成。工作:當(dāng)電磁線圈 8斷電時(shí),球閥 4在進(jìn)氣口和出氣

17、口處氣體壓差的作用下向右運(yùn)動(dòng),打 開 CNG 通道供氣。當(dāng)電磁線圈 8通電時(shí),電磁吸力使銜鐵 10經(jīng)推桿 7推動(dòng)球閥 4左移, 關(guān)閉燃?xì)獾?停止供氣。點(diǎn)火后燃燒高壓使球閥密封更嚴(yán),防止了缸內(nèi)高壓燃?xì)獾牡沽?。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(shí)刻和持續(xù)時(shí)間是由電磁閥和燃油壓力控制相結(jié)合完成的。燃油壓力 由凸輪軸推動(dòng)柱塞而形成。當(dāng)柱塞向上行時(shí),電磁閥斷電,閥門打開,柴油 充入柱塞腔內(nèi)。 當(dāng)控制單元發(fā)出噴射信號(hào)時(shí), 電磁閥關(guān)閉,凸輪軸向下推動(dòng)柱塞壓縮柴油產(chǎn)生高壓。 當(dāng)柴油壓力達(dá)到噴射壓力時(shí),柴油針閥開啟向缸

18、內(nèi)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(nèi)噴射氣體燃料。氣體噴射時(shí)將阻止柴油噴射,實(shí)現(xiàn)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(diǎn)由氣體針閥的彈簧強(qiáng)度確定;氣體燃料噴射的持續(xù)時(shí)間由電磁閥電控實(shí)現(xiàn)。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(jìn)行的,已達(dá)到柴油噴射引燃天然氣的目的。四、天然氣汽車性能評(píng)價(jià)(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(huì)使 NOx排放量減少;3、天然氣以甲烷為主要成分,碳?xì)湓颖茸钚?產(chǎn)生同等熱量時(shí), 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(tǒng)是密封的,不存在蒸發(fā)污染和形成光化學(xué)煙霧的危險(xiǎn)。5、 化油器式汽車改裝的天然氣汽車的排放性優(yōu)于電噴車改裝的天然氣汽車, 是因控制系統(tǒng) 的不匹配造成。 (二良好的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)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(shí),許用壓縮比可高 24個(gè)單位。提高熱效率,提高經(jīng)濟(jì)性。2、天然氣與空氣的混合氣形成質(zhì)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(guān)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(jià)格高于 1m3(3元天 然氣的價(jià)格

20、,運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性好。(三可靠的安全保障1、從燃點(diǎn)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(diǎn)燃的濃度比汽油難得多 。3、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(dòng)力性變差第二節(jié) 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(yùn)行穩(wěn) 定性好,但動(dòng)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(diǎn)與天然氣相似,天然氣的體積低熱值和質(zhì)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(nèi)。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(diǎn)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(jié)構(gòu)與工作原理(一 單燃料(LPG 汽車組成:儲(chǔ)氣瓶、空濾器、電磁閥、蒸發(fā)調(diào)壓器、混合器等組成。工作:氣體 儲(chǔ)氣瓶 過濾器 電磁閥 蒸發(fā)

22、器蒸發(fā)為氣體, 氣體與來自空濾器的空氣在混 合器中混合,由進(jìn)氣管進(jìn)入汽缸。1、 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(dòng)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(dòng)機(jī)使用。(1 、一級(jí)減壓室儲(chǔ)氣瓶的 LPG 從進(jìn)口 8流入蒸發(fā)調(diào)壓器高壓腔,在壓力下打開一級(jí)閥門 1進(jìn)入一級(jí)減壓室 6,被蒸發(fā)成氣體,壓力被減小到 0.140.25MPa 。 隨著 6中的氣壓升高推動(dòng)膜片 3上移,帶動(dòng)固定在膜片 3上的掛鉤將杠桿 2向上拉起, 關(guān)閉閥門 1,阻斷 LPG 的進(jìn)入。隨著 6中的 LPG 陸續(xù)進(jìn)入二級(jí)減壓室 17,一級(jí)減壓室 6中的氣壓降低。當(dāng)壓

23、力降至某 一值時(shí),彈簧 4使膜片 3下移,壓動(dòng)杠桿 2打開一級(jí)閥門 1, LPG 又進(jìn)入一級(jí)減壓室 6。 (2 、二級(jí)減壓室來自一級(jí)減壓室 6的石油氣經(jīng)二級(jí)閥門 25進(jìn)入二級(jí)減壓室 17時(shí)壓力進(jìn)一步降低 (至大 氣壓 ,之后經(jīng)由 LPG 燃料出口輸往混合器。(3 、不同工況下混合氣濃度的實(shí)現(xiàn)怠速系統(tǒng) :問題提出:在怠速工況下,廢氣系數(shù)大、燃燒惡化。為保證怠速的穩(wěn)定,必須提供較濃的混 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,使真空膜片壓縮彈簧 16并 帶動(dòng)杠桿使二級(jí)閥門 25開度增大,進(jìn)入二級(jí)減壓室 17的 LPG 便增多,增大怠速工況的燃 氣。發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí),混合器喉

24、口處及節(jié)氣門后的真空度消失,二級(jí)閥門 25在真空膜片彈簧 16的作用下關(guān)閉,停止向混合器供氣,起停機(jī)斷氣的安全作用。主供氣系統(tǒng)組成:由混合器、二級(jí)減壓室和真空室組件等組成。工作:隨著節(jié)氣門開度及轉(zhuǎn)速增大, 喉口處真空度增大 主通道傳 二級(jí)減壓室膜片上 移 二級(jí)閥門 25的開度增大,增大供氣量以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的需要。起動(dòng)系統(tǒng):問題提出:起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速低, 混合器喉口處的氣流速度及真空度很低, 二級(jí)閥門 25的開度小, 燃?xì)獬隽可?缸內(nèi)混合氣過稀,難以著火使啟動(dòng)困難。解決方案:起動(dòng)時(shí)電磁閥 26通電,打開旁通氣道。 LPG 由一級(jí)減壓室 6中 起動(dòng)加濃量 孔 27 二級(jí)減壓室 17, 增大供氣量,使發(fā)動(dòng)機(jī)

25、順利起動(dòng)。 隨著轉(zhuǎn)速的升高,喉管的真空 度增加,二級(jí)減壓室 17的閥門 25開度增大,當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定時(shí)起動(dòng)電磁閥 26關(guān)閉,旁通氣道 被截?cái)唷?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(tǒng)。燃料系組成:儲(chǔ)氣瓶 1、蒸發(fā)調(diào)節(jié)器 10、混合器 15、電磁閥 8和控制系統(tǒng)等。工作原理:當(dāng)用 LPG 作燃料時(shí),將選擇開關(guān) 3板到 氣 的位置, LPG 電磁閥 8打開,汽油 電磁閥 16關(guān)閉。 LPG 由氣瓶管路 6濾清器 7 電滋閥 8 蒸發(fā)調(diào)節(jié)器 10(蒸發(fā)、降 壓、成氣態(tài)混合器 15發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)將開關(guān) 3板到 油 的位置,則 LPG 電磁閥 8關(guān)閉,汽油電磁閥 16打開,為

26、汽油發(fā) 動(dòng)機(jī)。(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(zhuǎn)換。 LPG 供給系統(tǒng)組成:由液化氣瓶 12、蒸發(fā)器 8、減壓器 7、 調(diào)壓閥 15、混合器 18和節(jié)氣 門等組成。 工作:LPG 和 CNG 柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)相同, 用柴油起動(dòng)。待水溫度達(dá)到正常后,氣瓶閥 門打開,瓶?jī)?nèi)氣體蒸發(fā)器(冷卻水熱量 減壓閥 調(diào)壓閥混合器。利用發(fā)動(dòng)機(jī) 不同工況下混合器真空度不同, 自動(dòng)調(diào)節(jié)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(píng)價(jià) (一 LPG 汽車的動(dòng)力性 由圖 16可見:燃用 LPG 動(dòng)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(shí)的最大功率低, 但在稀混合氣區(qū),燃用 LPG 的功率卻比燃用 汽油高 9%, 表明在稀混合區(qū) LPG 的動(dòng)力性優(yōu) 于汽油。(二 LPG 汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性1、 LPG 與汽油相比,其辛烷值高,發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行更平穩(wěn),起動(dòng)加速稍比汽油差。2、 LPG 混合氣形成質(zhì)量高、燃燒完全,在整個(gè)負(fù)荷范圍的經(jīng)濟(jì)性比汽油好,燃燒 1kg 液化 石油氣,相當(dāng)于燃燒 1.2kg 汽油。 3、 LPG 的油耗在整個(gè)混合氣濃度范圍都低于汽 油,尤其在稀混合氣區(qū)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(diǎn)從 汽油的 a=1.15擴(kuò)

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(nèi)有良好的燃料經(jīng)濟(jì)性,對(duì)混合氣濃度變 化適應(yīng)性強(qiáng)。 (三 LPG 汽車的排放由于 LPG 與空氣混合氣的形成質(zhì)量?jī)?yōu)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(jié) 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 ?？芍苯幼鳛榘l(fā)動(dòng)機(jī)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(nóng)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(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;醇類燃料吸水性強(qiáng)、化學(xué)活性高、易早燃等。醇類燃料的主要特點(diǎn)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(shí)的抗爆性不如低速時(shí)好。普通汽油與 15%-20%的甲醇 混合,辛烷值可以達(dá)到優(yōu)質(zhì)汽油的水平。2、汽化潛熱大: 按質(zhì)量計(jì)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(dòng)和低溫運(yùn)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(jìn)氣預(yù)熱系統(tǒng)汽車難以起動(dòng)。 但在汽油中混合低比例的醇, 利用汽化潛熱大的特 點(diǎn)可提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率和冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)。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(jīng)濟(jì)性低, 但 理論混合氣熱值與汽油相當(dāng),對(duì)汽車的動(dòng)力性影響不很大。4、腐蝕性大:醇的化學(xué)活性較強(qiáng),能腐蝕鋅、鋁等金屬。醇與汽油的混合燃料對(duì)橡膠、塑料的溶脹 作用比單獨(dú)的醇或汽油都強(qiáng),混合 20%醇時(shí)對(duì)橡膠的溶脹最大。5、醇混合燃料容易發(fā)生分層:醇的

31、吸水性強(qiáng),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(fā)動(dòng)機(jī)上的燃用方式1、摻燒:摻燒是主要應(yīng)用方式?？筛倪M(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。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(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn):1混合器的構(gòu)造必須與醇的低熱值及較少的空氣需要量相適應(yīng),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(dòng)預(yù)熱裝置,解決冷起動(dòng)不利的因素。6加大燃料箱,以保證必要續(xù)駛里程。7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(dòng)機(jī)排氣的余熱將甲醇改成為 H2和 CO 后輸往發(fā)動(dòng)機(jī)。甲醇蒸發(fā)及氣體甲醇改質(zhì)都需吸收熱量,故甲醇改質(zhì)后熱值為液態(tài)甲醇的 1.2倍。改質(zhì) 的熱量有排氣余熱獲得。改質(zhì)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(zhì)用催化劑采用鈀, 改質(zhì)氣的成分和數(shù)量取決于催化劑的溫度。 催化劑的溫度越 高,轉(zhuǎn)換率越大, H2和 CO 生成量增多。當(dāng)催化劑溫度大于 300后,大多數(shù)甲醇參

33、與改 質(zhì), H2和 CO 基本上保持不變。甲醇改質(zhì)氣的特點(diǎn):1、甲醇改質(zhì)氣的的低熱值比甲醇高,但混合 氣熱值比甲醇略低。2、火焰?zhèn)鞑ニ俣冗h(yuǎn)遠(yuǎn)大于汽油,有利于熱效率的提高。3、著火界限很寬,易實(shí)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(zhì)氣排氣中的 HC 和 CO 增加。6、 甲醇改質(zhì)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(zhì)裝置甲醇改質(zhì)裝置是一個(gè)可將甲醇汽化并分解為可燃?xì)獾难b置, 常用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣加熱, 又稱為排氣余熱改質(zhì)器。安裝在排氣管附近。排氣余熱改質(zhì)器是個(gè)多管式散熱器,其中少數(shù)管道用作使甲醇汽化的蒸發(fā)管, 多數(shù)管道用作使甲醇蒸氣發(fā)生分解的改質(zhì)管。 改

34、質(zhì)管中有促進(jìn)甲醇分解的催化劑。甲醇改質(zhì)的流程甲醇先經(jīng)熱交換器預(yù)熱, 之后進(jìn)入排氣余熱改質(zhì)器的蒸發(fā)管,受熱變成氣態(tài),然后流入改質(zhì)管, 溫度進(jìn)一 步升高并在催化劑作用下,分解為 H2和 CO ,再經(jīng)熱交換器冷卻后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管。 由于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度隨工況而變化, 使得甲醇改質(zhì)氣的成分也隨發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度而變化,因此工況不同,所提供的甲醇改質(zhì)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(shí)應(yīng)注意的問題:1、醇是溶劑,使用初期,燃油系統(tǒng)零部件、油管壁上的沉積物會(huì)剝落, 導(dǎo)致濾清器堵塞,金屬將被腐蝕。應(yīng)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間橡膠浸泡試

35、驗(yàn)及耐腐蝕試驗(yàn)。2、 長(zhǎng)期使用醇 -汽油混合燃料, 潤(rùn)滑油酸值和粘度將會(huì)增加,發(fā)動(dòng)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(rùn)滑油中添加清潔劑及中和酸性物質(zhì)的添加劑。3、使用摻醇汽油后,汽車油耗和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力有所下降。可適當(dāng)提高壓縮比和加大點(diǎn)火提前 角。對(duì)電噴發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行匹配,延長(zhǎng)噴油時(shí)間。4、醇的氣化潛熱比汽油高,在寒冷季節(jié)會(huì)使混合燃料難以氣化,不易起動(dòng)。5、容易分層,使汽油和醇互溶性變差,影響燃油的品質(zhì)。三、發(fā)動(dòng)機(jī)燃用醇類燃料的參數(shù)選擇(一 汽油機(jī)使用醇類燃料時(shí)的參數(shù)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(zhì)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(diǎn),汽油機(jī)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(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)方向及強(qiáng)度、 火花塞位置相配合, 以實(shí)現(xiàn)最 佳的燃燒過程。提高 ,組織較強(qiáng)的氣流運(yùn)動(dòng),會(huì)使激冷層面減少和激冷層變薄。在提高 、改動(dòng) 燃燒室形狀及尺寸時(shí),應(yīng)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(shí)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(xiàn)代汽車 采用噴油器, 改用甲醇或乙醇時(shí), 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(huán)供應(yīng)量大, 工作時(shí)很難完全汽化, 用

37、化油器供醇或單點(diǎn)噴 射醇, 各缸間分配不均勻?qū)е鹿β氏陆导坝秃脑黾印?采用混合氣預(yù)熱, 可改善混合氣的形成 及均勻分配。 甲醇混合氣的預(yù)熱可以提高中、低負(fù)荷時(shí)的燃油經(jīng)濟(jì)性,降低排放,但預(yù)熱過渡則會(huì) 使最大功率下降。3、混合氣空燃比的調(diào)整:醇燃料混合氣的可燃界限范圍寬, 汽油機(jī)改用醇燃料后會(huì)提高壓縮比, 使缸內(nèi)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(shí), 可使用更稀的混合氣,提高熱效率。4、火花塞及點(diǎn)火時(shí)間的選擇 :甲醇易表面著火,使用火花塞溫度應(yīng)低于汽油機(jī)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(fā)動(dòng)機(jī)

38、低溫下難以穩(wěn)定著火。 其改善措施是增加點(diǎn)火能量、延長(zhǎng)點(diǎn)火時(shí)間、采用多電極火花塞等。(二柴油機(jī)使用醇類燃料時(shí)的參數(shù)選擇1、壓縮比的選擇:柴油機(jī)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(wěn)定 的著火,然而壓縮比過高也會(huì)使醇類燃料早燃或爆燃。2、電熱塞與火花塞:柴油機(jī)改用醇燃料后,需要采用火花塞或電熱塞助燃。火花塞助燃,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(jī)壓縮末期燃燒室內(nèi)產(chǎn)生較強(qiáng)的渦流。 燃醇柴油機(jī)的火花塞與汽油

39、機(jī)不同, 采用長(zhǎng) 電極冷型火花塞,或多極火花塞?；鸹ㄈ牟贾脩?yīng)能接觸到較多的混合氣, 且不會(huì)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(duì)面。95系列柴油機(jī)火花塞或電熱塞布置在水平位置上。采用長(zhǎng)型火花塞或電熱塞,使電極 或電熱塞的熾熱體達(dá)到 B 或 C 位置,并采用無觸點(diǎn)晶體管點(diǎn)火裝置,增加噴油提前角。如 果火花塞處于 A 或 D 位置,則會(huì)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(shí),汽油機(jī)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(nèi)噴入醇燃料, 其流量既要滿足全負(fù)荷時(shí)醇燃料供應(yīng)量的要求, 又要滿足用汽油時(shí)小流量 要求

40、。柴油機(jī)使用醇燃料時(shí)仍用原高壓油泵及噴油器向缸內(nèi)供給醇燃料。但須進(jìn)行供油提前 角及點(diǎn)火時(shí)間的調(diào)整。因甲醇的熱值低.等功率下循環(huán)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(huán)供油量大,噴油結(jié)束遲,會(huì)增大補(bǔ)燒期。在汽車熱啟動(dòng)時(shí),因氣阻使起動(dòng)困難,于是有些醇燃料噴油器不是從頂部進(jìn)油,而是從側(cè)面進(jìn)油。四、醇類燃料在汽車上的應(yīng)用(一 、甲醇與柴油的缸內(nèi)預(yù)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(jī)燃料比用于汽油機(jī)燃料困難。 柴油機(jī)采用預(yù)混一噴油法,在 進(jìn)氣管上裝一個(gè)甲醇引入器, 是帶相互聯(lián)動(dòng)的雙節(jié)氣門結(jié)

41、構(gòu)。 節(jié)氣門 1用來控制甲醇混合氣 的引入量,節(jié)氣門 2用來控制附加進(jìn)氣管的空氣量。當(dāng)一個(gè)開大時(shí)另一個(gè)關(guān)小。工作中, 從甲醇引入器進(jìn)入進(jìn)氣管的甲醇迅速霧化、 蒸發(fā)并與空氣混合, 壓縮接近終了 時(shí),柴油噴入汽缸,引燃甲醇空氣混合氣。 怠速小負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),節(jié)氣門 1關(guān)閉,不 引入甲醇。同時(shí)節(jié)氣門 2開啟,引入空氣,發(fā)動(dòng)機(jī)僅靠柴油運(yùn)轉(zhuǎn)。 當(dāng)負(fù)荷增加時(shí), 節(jié)氣門 2逐漸關(guān)小, 節(jié)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(shí)被噴 入汽缸的柴油點(diǎn)燃; 當(dāng)節(jié)氣門 2完全關(guān)閉時(shí), 節(jié)氣門 1全開, 甲醇摻燒量最大,最大代用率 可達(dá) 50%。五、醇類燃料發(fā)動(dòng)機(jī)性能評(píng)價(jià) 第四節(jié) 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(chǔ)量最豐富的資源,最常見的是水和有機(jī)物。氫燃燒后又生產(chǎn)水,是取之不盡用之不竭的清潔能源。氫的主要特點(diǎn):1、氫質(zhì)量最輕,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度為 0.08998s /L ,為空氣的1/14.5。2、氫的沸點(diǎn)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(kuò)散系數(shù)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(diǎn)燃,最小點(diǎn)火能量只有汽油的 1/3,火焰?zhèn)鞑ニ俣缺绕透?容易實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒;5、氫的自燃溫度比汽油高,達(dá)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?xì)鋾r(shí)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(fā)熱量只有汽油的 1/20 。質(zhì)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(dòng)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(jī)。8、儲(chǔ)存不便。氣態(tài)儲(chǔ)存密度低,續(xù)駛里程短。液態(tài)儲(chǔ)存要求 253的超低溫,成本很高, 且儲(chǔ)存中每天因蒸發(fā)損失 3%。二、氫的制取與儲(chǔ)存(一 氫的制取電解水制氫是較成熟的方法,將太陽能轉(zhuǎn)化成電能,再用電能

44、電解水制氫。隨著太 陽能電池轉(zhuǎn)換效率的提高,成本的降低及使用壽命的延長(zhǎng),用于制氫的前景較好。利用熱化學(xué)循環(huán)分解水制氫。純水的分解需要 780的溫度。利用核反應(yīng)堆的高溫 來分解水制氫。 高溫石墨反應(yīng)堆的溫度已高于 900, 而太陽爐的溫度可達(dá) 1200, 這將有 利于熱化學(xué)循環(huán)分解水工藝的發(fā)展。氫還可以從煤、石油、天然氣中制取。(二 、氫的儲(chǔ)存?zhèn)鹘y(tǒng)存儲(chǔ)方法 :壓縮儲(chǔ)存、 液態(tài)儲(chǔ)存、 金屬化合物儲(chǔ)氫等。 壓縮儲(chǔ)氫是將氣體壓縮到 20MPa , 或冷卻到液化低溫 (約 253 下。 新儲(chǔ)氫方法:1、低溫吸附方法:將氣體冷卻至 -196達(dá)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(shù)個(gè)氫原子的基團(tuán)以較弱的離子鍵結(jié)合在一起, 儲(chǔ) 存氫。3、儲(chǔ)氫箱 :箱體由兩層隔熱鋼板制成,中間抽真空,液態(tài)氫充入儲(chǔ)氫箱內(nèi)。炎熱季節(jié)箱內(nèi)液態(tài) 氫受熱蒸發(fā),當(dāng)箱內(nèi)氫氣壓力超過 0.45MPa 時(shí),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(chǔ)存氫:儲(chǔ)存器內(nèi)裝有碳素纖維毛細(xì)管 (直徑為十億分之一毫米 , 氫氣充入毛細(xì)管, 氫原子就 與碳原子 化合 在一起,把氫氣存起來。當(dāng)給儲(chǔ)存器加熱,氫氣可放出來。三、氫氣汽車的類型及應(yīng)用(一氫氣汽車的分類按儲(chǔ)存的壓力和形態(tài) :壓縮氫汽車:氫氣以 20-25MPa

46、 的壓力儲(chǔ)存于高壓氣瓶中。工作時(shí)經(jīng)降壓、計(jì)量和混合后進(jìn) 人汽缸,或直接噴入汽缸。液化氫汽車:以液態(tài)儲(chǔ)存氫的氫, 工作時(shí)液態(tài)氫經(jīng)升溫、降壓和計(jì)量后直接噴入汽缸,或機(jī) 外混合后進(jìn)入汽缸。吸附氫汽車:以金屬氫化物儲(chǔ)存氫, 工作時(shí), 儲(chǔ)存于金屬氫化物中的氫釋放出來直接噴入汽 缸,或機(jī)外與空氣混合后進(jìn)人汽缸。按混合氣形成方式:預(yù)混式:將氫氣與空氣經(jīng)混合器混合后進(jìn)入汽缸;缸內(nèi)直噴式:氫氣通過噴氫器被直接噴人汽缸,在汽缸內(nèi)完成與空氣的混合。(二氣態(tài)氫燃料在汽車上的應(yīng)用采用進(jìn)氣管混合:氫在進(jìn)氣管預(yù)混,經(jīng)進(jìn)氣道進(jìn)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(tài)氫比任何可燃?xì)怏w體積大,

47、機(jī)外混合的容積效率低, 功率 只有石油燃料的 80%;氫與空氣經(jīng)進(jìn)氣、壓縮兩行程混合,混合時(shí)間較長(zhǎng),混合質(zhì)量較好,但動(dòng)力性低, 易產(chǎn)生回火,綜合性能較差。采用直噴缸內(nèi)混合:汽車的動(dòng)力性、熱效率及燃料經(jīng)濟(jì)性都優(yōu)于石油燃料汽車。 (三液態(tài)氫燃料在汽車上的應(yīng)用供氫系統(tǒng)組成:由儲(chǔ)氫甁、液氫泵、熱交換器、儲(chǔ)氫筒和噴氫器等組成。工作:液氫泵將液氫從儲(chǔ)氫甁中抽出,迅速由液態(tài)變成氣態(tài),經(jīng)高壓輸氫管送人熱交換器,提高氫的溫度,然后氫氣由儲(chǔ)氫筒,經(jīng)噴氫器在高壓下噴入燃燒室。儲(chǔ)氫甁的容積為 82L ,質(zhì)量 35kg ,一次充液氫后,小客車的續(xù)駛里程達(dá) 350400km。 四、氫燃料汽車的性能評(píng)價(jià)(一動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性使

48、用缸外氫氣與空氣混合, 由于容積效率低, 發(fā)動(dòng)機(jī)功率比原汽油機(jī)低 20%30; 用 缸內(nèi)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(jī)提高 15%左右。汽油機(jī)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(chǎn)物是 H20,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(huì)生成 NOx ,廢氣中會(huì)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(rùn)滑油竄入燃燒室,廢氣中還會(huì)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(jié) 電動(dòng)汽車一、電動(dòng)汽車的發(fā)

49、展優(yōu)勢(shì)以及所面臨的問題(一 電動(dòng)汽車的發(fā)展優(yōu)勢(shì)1、電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便。無機(jī)油、油泵、化油器及消聲裝置等,毋需添加冷卻水。 2、電動(dòng)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(zhuǎn)化為電能。4、電動(dòng)汽車起動(dòng)速度快,等紅燈時(shí)可以停車, 提高能源的使用效率;5、制動(dòng)減速或下坡時(shí),可通過電子控制器, 將汽車的行駛動(dòng)能 再生 轉(zhuǎn)化為電能并儲(chǔ)存于蓄電池之中,能量可回收。(二 、 普及電動(dòng)汽車所面臨的問題 1、降低電動(dòng)汽車的價(jià)格;2、提高一次充電后的行駛里程;3、延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命;4、發(fā)展充電設(shè)施在內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施;5、解決右圖的

50、技術(shù)難題。 二、蓄電池蓄電池是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù),也是制約電動(dòng)汽車發(fā)展的最大因素。對(duì)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(dòng)汽車潛在的運(yùn)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(dòng)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(huán)壽命 (充放電一次為一個(gè)循環(huán) :決定了蓄電池充電的次數(shù),要求循環(huán)壽命長(zhǎng);4、起動(dòng)性能:即預(yù)熱和從起動(dòng)到最高速所需時(shí)間要短。5、價(jià)格費(fèi)用:即電池價(jià)格和運(yùn)行費(fèi)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(duì)人體、環(huán)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(guān)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(hù),發(fā)展前途好;鋰電池:具有一系列的優(yōu)點(diǎn),使之成為稱為各國(guó)研究的重點(diǎn);鈉一硫電池:技術(shù)復(fù)雜性,在電動(dòng)汽車上的發(fā)展受到限制;鎳一鎘電池:雖然成本較高,但其使用壽命長(zhǎng)、比能量大,但鎘污染環(huán)境 .三、電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)選擇的原則應(yīng)該是轉(zhuǎn)矩 /轉(zhuǎn)速特性與電動(dòng)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(dòng)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(dòng)汽

52、車啟 動(dòng)、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(jiǎn)單等。1、異步電動(dòng)機(jī)特點(diǎn):總體價(jià)格比直流電動(dòng)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。 驅(qū)動(dòng)特性:第一段:低速區(qū), 電動(dòng)機(jī)頻率低于基頻,產(chǎn)生額定轉(zhuǎn)矩,成為恒轉(zhuǎn)速區(qū); 第二段:中速區(qū),定子電壓保持恒定,電動(dòng)機(jī)功率維持額定不變;第三段:高速區(qū),定子電流衰減,轉(zhuǎn)矩以速度的平方減小。2、永磁式無刷電動(dòng)機(jī)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)為最適于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)的電機(jī)品種。優(yōu)點(diǎn):由高能永磁材料勵(lì)磁, 一定的輸出功率下,體積和質(zhì)量小,功率密度高;由于轉(zhuǎn)子無繞組,無銅耗,因此效率高于其他電機(jī);電機(jī)發(fā)熱主要集中于定子,易于 散熱;可靠性較高;轉(zhuǎn)子

53、電磁時(shí)間常數(shù)小,動(dòng)態(tài)性能好。缺點(diǎn):所需稀土永磁材料的制造工藝復(fù)雜, 永磁電機(jī)在大過載電流下, 因溫度高會(huì)導(dǎo) 致磁性材料的磁性衰退或遲磁,使用中要嚴(yán)格控制過載電流,因此成本高,相應(yīng)價(jià)格高。3、開關(guān)式磁阻電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn):定子采用簡(jiǎn)單的集中繞組,轉(zhuǎn)子是凸極無繞組,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。 缺點(diǎn):雙凸極工作造成轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲較大。四、電動(dòng)汽車基本結(jié)構(gòu)及其工作原理電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu) 可分為三個(gè)系統(tǒng),即電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、輔助控制系統(tǒng)。工作:根據(jù)制動(dòng)踏板和加速踏板的信號(hào),電子控制器發(fā)出相應(yīng)的控制指令控制功率轉(zhuǎn)換器的功率裝置的通斷

54、,當(dāng)電動(dòng)汽車制功時(shí),再生制動(dòng)的動(dòng)能被電源吸收,此時(shí)功率流的方向反向。能量管理系統(tǒng)和電控系統(tǒng)一起控制再生制動(dòng)及其能量的回收,能量管理系統(tǒng)和充電 器一同控制充電并監(jiān)測(cè)電源的使用情況。輔助動(dòng)力供給系統(tǒng)供給電動(dòng)汽車輔助系統(tǒng)不同電壓并提供必要的動(dòng)力,它主要給動(dòng)力轉(zhuǎn)向、空調(diào)、制動(dòng)及其他輔助裝置提供動(dòng)力。五、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車混合動(dòng)力電動(dòng)汽車有串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車三種類型。(一 、串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(SHEV S HEV 由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)組成。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)。 SHEV 用發(fā)動(dòng)機(jī)帶發(fā)電機(jī)組發(fā)電, 電能供應(yīng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)或動(dòng)力蓄電池組, 使 SHE

55、V 的行駛里程得到延長(zhǎng)。 該機(jī)組的發(fā)動(dòng)機(jī)并不直接參與驅(qū)動(dòng)車輛。 發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不受 SHEV 運(yùn)行工況的影向。SHEV 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn): 1、結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單;2、只有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式,其動(dòng)力特性更加趨近于 EV ,要求發(fā)動(dòng)機(jī)、 發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率都等于或接近于 SHEV 的最大驅(qū)動(dòng)功率;3、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;4、由于三大動(dòng)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(shí)受限于各總成體積較大、質(zhì)量較重以及龐大的動(dòng)力電池組,所以通常用于大型客車、公交汽車等。2、并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(PHEV PHEV 是由發(fā)動(dòng)機(jī)、 電動(dòng)

56、機(jī) /發(fā)電機(jī)或驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)兩大動(dòng)力組成, 其發(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)采用并聯(lián)的方式組成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)通過變速裝置同時(shí)與驅(qū)動(dòng)橋直接相連接。 電動(dòng)機(jī) 用來平衡發(fā)動(dòng)機(jī)的載荷, 發(fā)動(dòng)機(jī)在高負(fù)荷下經(jīng)濟(jì)性較好。 當(dāng)車輛在較小載荷下工作時(shí), 發(fā)動(dòng)機(jī)可熄火只用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車。并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)方式是轉(zhuǎn)速合成驅(qū)動(dòng)方式,發(fā)動(dòng)機(jī)通過離合器和動(dòng)力合 成器驅(qū)動(dòng)汽車,電動(dòng)機(jī)也通過動(dòng)力合成器驅(qū)動(dòng)汽車。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,改制容易,維修方便。 “動(dòng)力合成器”是行星齒輪機(jī)構(gòu),其特點(diǎn)是:1、可使發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)之間的轉(zhuǎn)速靈活分配,使轉(zhuǎn)矩固定在汽車的轉(zhuǎn)矩上,用調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī) 節(jié)氣門與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速相互配合。2、當(dāng)汽車加速時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)同時(shí)