《汽车运行材料》 车用替代燃料

1、车用替代燃料的选择标准主要包括： 1)资源必须丰富； 2)价格比较便宜，便于大范围推广； 3)能量密度大，热值高，少量携带能使汽车有足够的续驶里程； 4)毒性低，环境污染小； 5)安全性好，易于输送、贮存和使用； 6)对内燃机的可靠性无不良影响。有广阔发展前景的替代燃料主要有： 醇类燃料、乳化燃料、天然气、液化石油气、氢气等。 项目三 车用替代燃料 任务一 醇类燃料 醇类燃料主要是指甲醇和乙醇，在技术和成本方面已经达到实用阶段。 醇类燃料的资源比较丰富，可从多种原料中进行提取。 甲醇可从天然气、煤、油页岩、重质燃料、木材和垃圾等物质中制取 乙醇可从甜菜、什蔗、苹杆、薯类、玉米等农作物中制取。一

2、、醇类燃料的理化性质 甲醇燃料和乙醇燃料的主要理化性质与汽油燃 料的比较如表3-1所示。1、 醇类燃料的辛烷值醇类是汽油车良好的替代能源 1)燃料醇类燃料的辛烷值比汽油高醇类燃料的发动机可以增大压缩比来提高热效率，提高其动力性和经济性。 2)醇类燃料可以作为高中烷值组分调入汽油中，提高汽抽的抗爆能力； 3)醇类燃料的灵敏度非常大。 在低速时的抗爆性能比中、高速时要好。2、蒸发潜热大蒸发潜热 常压沸点下，单位质量的纯物质由液态变为气态吸收的热量或由气态变为液态放出的热量：醇类燃料蒸发潜热大的优点 形成的混合气温度低，其充气效率提高，使发动机动力性增强。 形成混合气时对发动机内部机件有冷却作用；减

3、少冷却系统和润滑系统的冷却负担，从而可提高发动机的使用寿命。 醇类燃料的蒸发潜热大，在低温条件下起动时，由于汽化所需热量不足，使形成的混合气浓度较低，发动机起动困难。因此，燃烧醇类燃料的发动机需加装进气预热系统，保征低温起动性能。3、着火极限宽着火极限： 混合气可以着火的最小浓度和最大浓度之间的范围，浓度是以空气中可燃气的体积分数表示。 醇类燃料的着火极限比汽油宽得多，可实现稀薄燃烧，有效降低发动机在部分负荷时的能量消耗与排放污染。 4、热值低 醇类燃料的热值比汽油低，甲醇热值约为汽油的一半，乙醇热值约为汽油的60。 醇类燃料存在自供氧效应理论空燃比比汽油低，甲醇理论空燃比约为汽抽的43，乙醇

4、理论空燃比约为汽油的60。 在同样的过量空气系数下混合气的热值与汽油相当。 汽车使用醇类燃料时的动力性不会降低。5、腐蚀性大 醇类燃料的化学活性较强，对铜、铝等金属具有较强的腐蚀能力对橡胶和塑料等非金属材料具有较大的溶胀作用。 6、易产生气阻 醇类燃料的沸点低，有助形成燃料与空气的混合气。 温度高时，容易在燃油供给系统产生气阻现象，严重时会使供油中断，发动机熄火。 7、贮存和使用方便 醇类燃料在常温下为液体状态，和传统燃料的汽油、柴油相似，所以其贮存和使用比较方便。 8、排放污染低 醇类燃料的蒸发潜热大，使用醇类燃料的燃烧温度较低，对NOX的生成有抑制作用； 醇类燃料分子中没有C-C键结构，燃

5、烧中不会有多环芳香烃通过缩合形成碳烟粒子的现象，排气中基本没有碳烟； 醇类燃料氧含量高，且C/H值较汽油小，混合气燃烧较完全，排气中未燃烃类与CO含量相应降低。醇类燃料的排气中未燃醇类和相应醛类较多。三、酵类燃料的应用 醇类燃料的辛烷值高，是良好的汽油机替代燃料。在柴油机上使用比较困难，主要表现在： （1）着火性差 （2）十六烷值比柴油低好多， 汽油机中应用醇类燃料主要有两种方法：掺醇燃烧、纯醇燃烧。1、掺醇燃烧 掺醇燃烧是指把甲醇或乙醇以不同比例掺入汽油中。 甲醇、乙醇与汽油的混合燃料分别用M和E加一数字表示，数字表示混合燃料中甲醇或乙醇的体积分数， 如M15表示甲醇体积分数为15的混合燃料

6、，E10表示乙醇体积分数为10的混合燃料。 (1)掺醇汽油的优点： 1)抗爆性好。燃用掺醇汽油时，可通过提高发动机的压缩比来提高其热效率，进而提高其动力性和燃油经济性。 2)排放尾气中NOX、烃类及CO的含量低，混合气燃烧较完全，尾气中烃类与CO含量也相应低。 3)价格低：甲醇汽油价格也比普通汽油经济。(2)掺醇汽油的使用 掺醇比例低于15的低比例掺醇汽油和纯汽油燃料比较，可以： 不需要改变现有汽车发动机 不增加改动成本 不存在技术上的难度。 因此，低比例掺醇汽油是比较实用的醇类能源利用形式。（3）掺醇汽油的不足 1)醇类燃料与汽油的互溶性较差。 2)控醇汽油易出现分层现象； 3)掺醇汽油对发

7、动机的金属、橡皎和塑料等材料具有一定腐蚀性。 4)掺醇汽油的低温起动性差，高温时易发生气阻。是山醇类燃料蒸发潜热大、沸点低造成的。2、纯醇燃烧 纯醇燃烧时，根据甲醇或乙醇燃料的特点需要对发动机进行改造。使用纯醇燃料需对发动机较大改动有： 调整供油系统、加大油泵供油量、加装进气预热装置和改善零部件的抗腐蚀性能等 任务二 乳化燃料乳化燃料： 汽油和柴油等燃油和水相混合并经特殊处理后形成的一种相对稳定的乳化液。使用乳化燃料效益： 减少发动机排放中氮氧化舍物(NOX)等有害成分的含量，有效地降低燃料的消耗。使用乳化燃料是节能和降污的良好措施。一、乳化燃料节能降污的原理 乳化燃料的燃烧是个非常复杂的过程

8、，其节能降污的原理，在研究之中，常见的有两种解释理论： （1）微爆理论 （2）燃烧化学反应动力学理论： 1、微爆理论微爆理论认为： 乳化燃料中含有油包水型分子基团，在乳化燃料受热汽化形成可燃混合气的过程中，由于水的沸点低于油，油包水型分子基团中的水会先于油蒸发，汽化压力冲破油膜的阻力使油滴发生爆炸。 爆炸的结果是使油滴变得更加细小，与空气混合得更加均匀， 这种情况下形成的可燃混合气品质良好，可实现较完全的快速燃烧，达到节能和污的双重目的。微爆理论的实质： 水的存在，使燃料雾化蒸发过程中产生了二次雾化，使混合气形成的物理准备过程准备更加充分。2、燃烧化学反应动力学理论燃烧化学反应动力学理论认为：

9、 高温条件下水蒸气分解时产生化学活性很强的OH根，和烃在燃烧过程中形成的中间产物或不完全燃烧产物发生反应，推进烃类物质的燃烧进程，使燃料在上止点附近完成燃烧，全部热能及时释放，使发动机热效率提高，达到节能降污的目的。 同时，乳化燃料中水分的蒸发吸收热量，降低气缸内燃烧时的温度，使NOX，的排放量降低。燃烧化学反应过程二、燃料乳化的方法 燃料由烃类物质组成。烃类物质都是非极性化合物，而水是极性化合物，所以二者的互溶性很差。需借助乳化添加剂使二者混合形成均匀、稳定的乳化液。乳化添加剂： 一种具有乳化作用的表面活性剂，其化学结构由极性基和非极性基两部分构成，极性基有亲水性质，非极性基有亲油性质。所以

10、，在乳化添加剂存在的条件下，油与水的混合变得相对容易，保证乳化液的稳定性。燃料乳化的常用方法有： （1）超声波法 （2）机械混合法 1、超声波法超声波法： 利用超声波在液体媒介中传播时会出现机械的、热的及空化等作用机制，对传声媒质产生一系列效应的原理进行配制乳化燃料的。超声波法的优点： 设备简单，处理能力大，耗能少，乳化添加剂用量少，乳化效果好，是目前最常用的方法。工艺流程如图3-3所示：工艺流程如图3-3所示2、机械混合法乳化燃料的配制采用机械法混合： 把按比例配好的油、水、乳化添加剂进行搅拌、剪切、混合、雾化，并使粒子直径达到要求。 机械混合法设备简单，乳化燃料的质量差，乳化工艺过程的耗能

11、比较大。 任务三 天然气一、天然气的资源 天然气的主要成分是甲烷，体积一般占天然气的80-99； 天然气中还含有乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等气体化合物和氢气、氮气、二氧化碳、硫化氢等气体元素， 按天然气来源可以分为气田气和油田气。表3-5不同产地的天然气的组分构成二、天然气的主要物化特性三、天然气的特点 (1)着火极限宽 (2)与空气的理论混合气热值低 (3)火焰传播速度低 (4)点火能量高 (5)抗爆燃性能好 (6)密度小 (7)排放污染小 (8)携带性较差 (9)使用天然气可使发动机的磨损减小四、天然气在汽车上的使用 1、天然气的存在形式分为压缩天然气(CNG)和液化天然气(LNG)两种。 (

12、1)压缩天然气(CNG) 天然气脱水、脱硫净化处理，多级压缩至20MPa左右存贮在气瓶，经减压器减压供给发动机燃烧 (2)液化天然气(LNG) 天然气经过一定工艺，在-1620C左右变为液态，存贮在高压气瓶中。液化天然气工作压力降低，储气瓶体积减小，续驶里程延长。 对低温贮存技术要求较高。2、天然气汽车类型 天然气汽车根据天然气的储存形式，分为压缩天然气汽车、液化天然气汽车。 (1)压缩天然气汽车按燃料供给系统不同分： 专用压缩天然气汽车、压缩天然气与汽油两用燃料汽车、压缩太然气与柴油双燃料汽车。 目前国内外发展较快的是压缩天然气汽车。我国车用压缩天然气的技术指标 专用压缩天然气汽车： 以CN

13、G作为唯一燃料，发动机的燃料供给系统专为CNG燃料设计，充分发挥CNG燃料特点。压缩天然气与汽油两用燃料汽车： 对现成汽油车改装而成，有两套燃料供给系统，一套为保留的原车供油系统，另一套为增加的CNG供给装置。发动机可以分别使用CNG和汽油作为燃料，两种燃料的转换利用选择开关实现。由于发动机结构未作改动，当使用天然气燃料时，往往不能充分发挥其优点，导致汽车功率下降压缩天然气与柴油双燃料汽车： 对现成柴油车改装而成：燃料供给系统可根据发动机的运行工况按一定比例同时供给CNG和柴油两种燃料。其中，柴油只作引燃燃料，CNG是主要燃料。 (2)液化天然气汽车： 液化天然气对贮存技术要求较高，使得贮存容

14、器的成本高，限制了液化天然气汽车的发展。 液化天然气在贮存能量密度、汽车续驶里程、贮存容器压力等方面优于压缩天然气能解决压缩天然气汽车所有在的一些问题。 液化天然气作为天然气的使用方式之一，是今后的重点发展方向。3、天然气汽车技术 天然气汽车技术：汽车用天然气贮存、加注以及合理运用等方面的技术， 包括： (1)加气站技术 (2)发动机技术 (3)气瓶技术任务四 液化石油气一、液化石油气资源 我国液化石油气资源包括油田和石油炼厂两个方面。 油田的液化石油气是在伴生气的处理过程中的轻烃产品。二、液化石油气的主要物化特性 汽车用液化石油气的主要成分是内烷和丁烷，它们的主要物化特征如表3-9所示。 三

15、、液化石油气的特点 液化石油气作为车用替代燃料，比较突出的特点有如下几方面： (1)抗爆性能高； (2)排放污染小 排放物中CO、HC、NO：等的排污量会大幅度减少； (3)火焰传播速度慢； (4)需点火能量高； (5)与空气的理论混合气热值低 所以液化石油气发动机的功率要比汽油发动机功率低些； (6)便于携带。 四、液化石油气在汽车上的使用 1、对车用液化石油气的技术要求 为保证液化石油气的质量能满足汽车的使用需求，我国对车用液化石油气的技术要求如表3-10所示。 2、液化石油气汽车类型液化石油气汽车按燃料供给系统不同，可分为： 专用液化石油气汽车、液化石油气与汽油两用燃料汽车、液化石油气与

16、柴油双燃料汽车等。 （1）专用液化石油气汽车： LPG作为唯一燃料，发动机的燃料供给系统专为LPG燃料设计，能充分发挥LPG燃料的特点，使用性能最佳。 液化石油气与汽油两用燃料汽车： 对现成汽油车改装而成。有两套燃料供给系统，一套为保留的原车供油系统，另一套为增加的LPG供给装置：发动机可以分别使用LPG和汽油作为燃料，两种燃料的转换通过电磁阀实现。由于发动机结构改动较小，当使用液化石油气燃料时，不能充分发挥其优点，导致汽车性能不如专用液化石油气汽车。 液化石油气与柴油双燃料汽车： 对现成柴油车改装而成：同液化石油气与汽油两用燃料汽车一样，也有两全燃料供给系统，一套为原柴抽供给系统，另一套为增

17、加的LPG供给装置。两套燃料供给系统根据发动机的运行工况技一定比例同时供给LPG和柴油两种燃料。其中，柴油只作引燃燃料，LPG是主要燃料。 任务五 氢气氢气作为内燃机燃料的特点： （1）氢气可用水来制取，氢气燃烧后又生成水快速的资源循环，使得氢能源取之不尽。 （2）氢气是理想的清洁燃料，燃烧生成水，无CO、C02 、HC、碳烟等污染物质。 目前世界上各国都纷纷投入大量人力、物力和财力从事这方面研究。一、氢气资源制取氢气的资源： 煤、石油、天然气、水等可制取氢气，尤其是水，在地球上的资源是非常丰富，为氢气的广泛研究和使用提供了有力保障。二、氢气的主要物化特性氢气的主要物化特性如表3-11所示： 三、氢气的特点 氢气作为燃料，有以下比较突出的特点： (1)着火界限宽； (2)点火能量低； (3)火焰传播速度高 抗爆性能很好； (4)与空气的理沦混合气热值低； (5)自然温度高； (6)燃烧排污低，有利