《汽车新结构新技术》新型能源动力汽车技术

1、新型能源动力汽车技术第一节 概述第二节 代用燃料汽车技术第三节 太阳能汽车技术2第一节 概述 一、新型能源二、开发新型能源(代用燃料)汽车的目的三、对新型能源(代用燃料)的要求四、燃气汽车发展历程五、燃气汽车术语六、燃气汽车分类3一、新型能源醇类燃料、植物油燃料、天然气、液化石油气、氢气、太阳能、电能、燃料电池等。首页返回章返回节4二、开发新型能源(代用燃料)汽车的目的1.减少石油消耗。2.汽油、柴油汽车尾气中有害排放物多，对大气、人类健康及生态环境的威胁很大，所以必须开发、应用新型能源(代用燃料)降低汽车的有害排放物。3.石油是战略物资，开发、应用新型能源(代用燃料)可减少对进口石油的依赖，

2、充分利用本国资源，或使汽车燃料多样化，可以提高国防实力。首页返回章返回节5三、对新型能源(代用燃料)的要求1.资源丰富，价格适宜。在汽油、柴油供应还充裕的情况下，在汽车初始价格、汽车性能、燃料成本、使用维修费用等综合经济效益方面能汽油和柴油竞争。2.新型能源(代用燃料)汽车的排放在整体上比汽油机和柴油机的排放低，或有进一步降低的可能。3.用户能方便地获得燃料，变动不大就能使用现有的供油网点，或建设加油站、零配件供应及维修等基础设施的投资规模是可行的。首页返回章返回节64.能满足车辆起动、行驶及加速性能等方面的要求。5.能量密度较高，储运方便，毒性及安全防火方面的性质是能接受的。6.设计、生产及

3、使用该种燃料汽车的技术比较成熟，汽车的可靠性及使用寿命良好。7.现有汽车及相关零部件生产厂家能够适应在改动生产线及投资方面的要求。首页返回章返回节7四、燃气汽车发展历程1.能源危机与发展燃气汽车自从1872年发明了奥托循环发动机开始就有了天然气发动机。早在第一次世界大战期间天然气就开始用在汽车上,后来主要由于其贮存、携带极不方便才让位于液体燃料中的汽油和柴油。从20世纪60年代以来,全世界经历了三次大的能源危机，警示人们,石油资源十分宝贵!随着人类消费的增长,石油资源便会越来越少。首页返回章返回节8随着世界经济的迅速发展,车用燃料的需求量在不断增加,世界性石油资源日益枯竭的形势将更为严峻。与此

4、同时,全球性的污染加剧,环境日趋恶化。因此,能源和污染已经从人们偶发的惊呼变成了人类社会日常的议题。首页返回章返回节9汽车是现代经济社会必不可少的交通工具,也是人类文明的重要标志之一。随着社会经济的不断发展,汽车数量将会不断增多,车用汽油和柴油的消耗量越来越大。按目前人类消耗石油的速度,全球已探明的石油资源仅能支撑40-50余年。因此,众多国家都在为汽车寻求新的替代燃料,寻求各种清洁能源。首页返回章返回节10就当前人类消耗能源的比重来看,煤炭仍居第一能源,石油是第二能源。但随着石油资源日益枯竭和天然气气田的不断发现和探明,天然气的应用将越来越显示出重要地位。世界上探明的天然气储量也是逐年增加的

5、,如1990年为119万亿立方米,1993年为142万亿立方米,。首页返回章返回节11以1000立方米天然气相当于1吨石油计,世界天然气的储量与石油的储量是在同一数量级上。而且,天然气的用量也呈逐步增加的趋势。从1950年到1970年,天然气占世界一次能源总消费的比重从9.8%增长到19.9%; 20世纪70年代以来,天然气比重继续上升,1995年达到23.3%。1997年上半年,英国一家权威研究机构经过大量资料考证和研究分析指出,2020年以后,世界天然气消费将赶上并超过石油,跃居各种能源之冠,天然气将成为21世纪的第二大能源。首页返回章返回节12天然气作为汽车燃料于20世纪30年代初由意大

6、利人率先采用,到1939年意大利就有1万辆汽车燃用天然气。前苏联早在1938年就研制出两种压缩天然气汽车,战后从1947-1948年开始批量生产吉斯-156和格斯-51B型压缩煤气汽车。但20世纪50-60代发展都较缓慢,只在某些特定地区、特定用途的车辆上小规模地使用,如在贫油地区以气代油。首页返回章返回节13直到1973年第一次石油危机之后,人们逐步认识到使用天然气代替传统的石油产品作为汽车燃料具有经济、清洁的突出优点,于是纷纷加快了天然气汽车的发展。在天然气资源丰富的俄罗斯、意大利、阿根廷、新西兰、巴西、印度尼西亚等国家和地区,以及受到环保法规和国家政策制约的美国、日本等国家,天然气汽车的

7、发展非常迅速。许多国家都分别制定了研究与发展计划。首页返回章返回节14俄罗斯:天然气储量和产量均居世界首位。原苏联从1938年开始用天然气作为汽车发动机燃料。20世纪50年代初,天然气作为车用燃料得到更进一步的发展。当时有25000辆汽车改用天然气燃料,加气站网覆盖了伏尔加地区和乌克兰南部。1981年是天然气作为发动机燃料第三阶段的开始,当时苏联政府通过了天然气汽车运输发展规划。由于这项计划的大规模实施,1996年统计资料显示,独联体国家天然气汽车已达47万辆。首页返回章返回节15美国:NGV改装系统是在1969年引入美国的,由于加气网络和服务体系不健全,当时主要局限于在天然气公司的内部车队中

8、使用。直至1984年,天然气汽车技术开发和市场开发工作才得以正式展开。首页返回章返回节16福特汽车公司在那一年生产出了该公司的第一辆原装单燃料天然气概念车,这是一种Ranger型皮卡车,福特公司将27辆这种车分配给北美的24个燃气公司进行试验,其中一辆还参加了1984年全美举行的一次主题为节约燃料的赛车会。1984年被认为是美国NGV工业史上很重要的一年。1988年5月由21个美国燃气公用公司组成了第一个全国性的NGV协会美国天然气汽车联合会(NGVC)。首页返回章返回节17在1990年颁布的美国(清洁空气法案修正案中,有很多包含NGV的条文,使得天然气汽车的发展列入法制日程，1992年,美国

9、NGV联合会又筹集了100万美元,用于游说政府,最终使得1992年颁布的能源政策法中对NGV的发展给予了更多的支持。首页返回章返回节18到1994年底,在美国本土上有大约4.1万辆天然气汽车在使用,CNG充气站也以每周三座的速度在兴建。美国为发展清洁燃料汽车采取了一系列促进措施。设在奥斯汀的天然气汽车(NGV)技术中心编制的规划指出,美国在2010年使用CNG的车辆将增加到200万辆。首页返回章返回节19日本:在战后汽油供应不足的时代,日本天然气产地-新泻用作交通工具的天然气汽车曾达到545辆。近几年来,以日本燃气协会为中心全力推进天然气汽车的研究和开发。到1998年,日本全国共有LPG汽车4

10、5万辆,其中70%的出租车为LPG车。在东京,96%以上的出租车都是LPG汽车:加气站遍布全市,且与加油站连在一起。东京的LPG加气站有115个,车辆74500辆。 首页返回章返回节20加拿大:从1982年开始发展NGV。加拿大主管科教的部长Padck Mcgeer是加拿大第一个将白手帕放在由柴油车改装成的NGV汽车排气管上,以显示NGV比普通柴油车碳烟排放少的人。加拿大政府于1986年建立了NGV研究与开发基金,到1994年已为各类NGV项目提供了1500万加元的资金。借助加拿大天然气工业界的支持,该国的NGV项目取得了良好的开端。首页返回章返回节21意大利到2000年有50多万辆天然气汽车

11、。阿根廷是一个天然气汽车大国,数量也超过30万辆,还计划把城市客车的50%改为天然气。新西兰、印度尼西亚等国的天然气汽车也都已发展起来。首页返回章返回节221986年召开加拿大能源展览会期间,大约30个燃气企业在渥太华成立了国际天然气汽车协会(IANGV)。NGV工业界在1992年开始讨论全球性的NGV发展战略,从这时起很多大的汽车生产商开始大规模投资,进行NGV的开发与试验工作。首页返回章返回节23此外还成立了一些国家和地区性的NGV协会;1991年日本成立了NGV论坛,1994年成立了欧洲天然气汽车协会(ENGVA)，近年英国、法国、澳大利亚和俄罗斯也分别成立了自己的NGV协会。首页返回章

12、返回节24与此同时,各国十分重视与NGV发展密切相关的技术标准和规范工作。美国、新西兰、意大利、澳大利亚、荷兰、俄罗斯等国对CNG汽车的改装、建站等一系列相关技术均有相应的标准和规范。尤其是美国已正式颁发了NGV的一系列专业标准。ISO国际标准化组织也十分重视NGV的发展。1995年4月5日7日,lSO/TC22在法国巴黎召开年会,会议形成关于成立天然气车辆分委会(ISO/TC22/SC25)的决议,这进一步促进了世界范围内NGV事业的向前发展。 首页返回章返回节25近年来,世界各国对天然气的燃烧和排放特性、天然气供给的计量和控制系统、理想配比发动机技术、稀薄燃烧技术、柴油-天然气双燃料发动机

13、技术、天然气喷射发动机技术以及轻质储气瓶等,开展了大量的试验研究。对天然气液化技术及低温储存容器的研究也取得了进展,这些使天然气汽车应用技术得到了很大提高。首页返回章返回节26例如:俄罗斯研制的利用轻金属内壳,外面用纤维缠绕并涂以复合材料的车用储气瓶,其自身质量与容积之比已降低至0.55Kg/L。一个容积为50L20MPa的气瓶只有28kg。美国通用公司在轻型载货车上装用3个铝制气瓶,储备里程达322Km,而气瓶总质量只较129L的汽油油箱重68kg,相当于车上多了一位乘客。首页返回章返回节27目前,在意大利、英国等汽配市场上可以买到根据车辆行驶阻力和车辆要求自动调节供气量和点火提前角,从而达

14、到额定的空燃比,满足汽车动力经济性及排放要求的电子控制装置。近年来,国外天然气和液化石油气汽车技术发展较快,不仅在动力性和燃料经济性方面有显著提高,而且在排放性能方面也已进入“绿色汽车”行列。 首页返回章返回节28日本本田汽车公司推出的CIVIC系列天然气汽车的CO、NOx和THC排放量比1997年美国联邦政府制定的标准低60%,比当今世界最严格的加州标准低10%,而且仍保持良好的汽车性能。首页返回章返回节29美国已经实现了电控缸内喷气技术,如西南研究院研制的HDDGE重型天然气发动机以及CUMMINS的C系列电控进气道单点喷气增压中冷天然气发动机。又如哥伦比亚大学将底特律柴油机公司(D.D.

15、C)的DDEC电控泵喷嘴改制成天然气-柴油双燃料喷射的电控缸内喷气系统等。首页返回章返回节30在预混合供气系统中也已采用电控技术,如美国天然气和汽油两用燃料发动机、D.D.C.公司的50G天然气发动机等。俄罗斯已研制成功新型天然气-柴油预混合双燃料供气系统,达到良好的使用性能,使柴油机排放性能更加改善。 首页返回章返回节312.大气环境保护推动燃气汽车发展1999年9月,世界自然保护基金会公布了1999年度全球环境指数。报告显示,从1970年到1995年,全球环境指数下降了30%左右,这就意味着在短短的25年间人类拥有的自然资源减少了30%,消耗量相当于过去几个世纪的总和。CO2排放骤增也是人

16、类生存环境恶化的主要原因之一。首页返回章返回节32据统计,从19601996年,全球CO2排放量从每年100亿t增加到230亿t,大气中CO2含量达到近16万年来的最高水平，造成全球变暖，两极冰川融化，南极上空臭氧层出现空洞,北极上空臭氧急剧减少。其中北美地区人均CO2排放量是全球平均水平的5倍,是发展中国家平均水平的10倍。首页返回章返回节33在大气污染中,汽车尾气排放所造成的污染占大气污染的60%70%。汽车排放的污染被公认为重大公害之一。据研究资料统计,在70年代,全世界的人为污染源一年间向大气排放的CO总量为3.59亿吨,其中由汽车尾气排放的CO为2.25亿吨,占CO总量的63%,由此

17、可见,汽车尾气排放对环境污染的严重性。首页返回章返回节34据1997年7月份的资料显示,我国的640座城市中,大气质量符合国家一级标准的不足1%。根据世界卫生组织在该组织所监测的城市圈内,全世界10大大气污染最严重的城市1991年度,我国占3个,即沈阳、西安和北京;1995年度,我国占2个,即北京和上海。1999年6月26日召开的九届全国人大常委会第10次全体会议上,公布了我国空气污染最严重的十大城市,依次为:太原、北京、乌鲁木齐、兰州、重庆、济南、石家庄、青岛、广州、沈阳。首页返回章返回节35另据1998年国际卫生组织公布的一项报告表明,全球空气污染最严重的10城市依次为:太原、米兰、北京、

18、乌鲁木齐、墨西哥城、兰州、重庆、济南、石家庄、德黑兰。全球污染严重的十大城市中我国占了7个。1998年,在全国322个环境统计的城市中,89个城市空气质量达到国家二级标准,占27.6% ; 93个城市空气质量处于国家三级标准,占28.9%; 140个城市空气质量超过国家三级标准,占43.5%,属于严重污染型城市。 首页返回章返回节362005.10.1在第四届中国北京高新技术产业国际周暨中国北京国际科技博览会上，亚洲开发银行中 110国代表处环境和可持续发展部主任魏红指出：世界十大污染城市中，中国占了八个；其中西部贵州省会贵阳市据第一，重庆排名第二，北京排第七，广州紧随排第八（其余为第三太原第

19、四兰州、第五米兰、第六淄博、第九墨西哥城、第十济南）。这些严重污染城市全部是重工业集中或汽车密集的大都市，显示中国城市生态环境建设和可持续发展问题已迫在眉睫。37环保总局公布的报告显示，年，个国家环保重点城市中空气污染指数最大的个城市分别是：临汾、阳泉、大同、金昌、宜宾、株洲、重庆、焦作、长治、攀枝花。个国家环保重点城市空气污染指数最小的个城市依次是：北海、海口、湛江、克拉玛依、珠海、日照、桂林、福州、泉州、长春。 38另据中国社会科学院的一项报告表明,1995年我国环境污染造成的经济损失达到1875亿元,占当年GDP的3.27%。其中大气污染造成的经济损失占总损失的16.1%,因总悬浮颗粒物

20、影响导致的人体健康损失估算为171亿元。这就说明,大气污染对人体健康造成了极大的危害。首页返回章返回节39以北京市为例,全年平均大气污染物中63%的CO,74%的HC,22%的NOx是机动车船尾气排放造成的。如在非采暖期,情况还要严重,其大气污染物CO和HC的80%是由机动车尾气排放造成的。首页返回章返回节402009年中国生产天然气830亿立方米，与2008年相比增长7.7%。国外天然气(当量原油)和石油产量比为0.73:1左右,而我国目前仅为0.1:1左右。因此,我国天然气产储量均有很大潜力,将为我国推广使用天然气汽车提供良好的资源条件。首页返回章返回节41几十年来,针对汽车动力燃料,寻求

21、替代燃料以缓解汽油短缺,寻求清洁燃料以减少环境污染,已经成为一个重大的社会、经济问题,引起了各国政府的重视。在诸多清洁替代燃料汽车中,有氢气汽车、太阳能汽车、电动汽车、甲醇汽车、酒精汽车、天然气汽车等等。首页返回章返回节42经大量的试验与测试表明,天然气汽车与燃油车相比较,CO2比燃油车低25%。HC化合物低80%,SO2低70.5%,SO低99.99%,Pb减少到零,颗粒杂质减少41.67%,非甲烷烃类减少52.8%; CO减少89.73%,噪声降低40%。几十年的实践证明,只有天然气汽车才兼具资源丰富、分布广泛、价格低廉且排废大大减少等多方面的综合优点。因此,国内外普遍认为,天然气汽车的推

22、广和使用将是21世纪汽车工业发展的一个主要方向。首页返回章返回节433.我国燃气汽车的发展历程及现状我国在50年代就开展了有关天然气汽车的研究。60年代初在国家科委和汽车局组织下于四川完成了两辆CAlOH型CNG汽车的2.5万Km运行试验及其他试验,后因各种原因试验站于1978年撤销。首页返回章返回节4480年代中期,为解决燃油供需矛盾,四川省又率先在国内提出“以气代油”发展天然气汽车,加快了天然气汽车的发展步伐,于1988年从新西兰和澳大利亚引进50套车用装置和一套高压充气站设备进行示范,随后在四川南充石油机械厂开始了天然气汽车专用装置的研制开发工作。首页返回章返回节451994年, 上海组

23、织开展LPG燃气汽车样车的试用及相关研究工作。1997年再次立项开展LPG汽车应用关键技术研究工作,从LPG车辆推广应用的角度,着重开展车用LPG加注站的技术规程、LPG车辆大规模生产与改装技术、LPG车辆应用对本市城区大气环境的影响评价、LPG车辆应用综合技术经济性分析,特别是及时开展整车生产与车辆匹配的关键技术研究工作,为LPG清洁汽车的推广应用工作提供了技术基础保障。 首页返回章返回节46在采用电控、电喷燃气技术方面,由东风汽车公司和天津大学牵头开展大型公交车用单一燃料CNG电喷发动机研制;由广西玉柴和吉林工大、中国汽车技术研究中心牵头开展的大型公交车改单一燃料LPG电喷发动机研制;天津

24、大学还开展了气口顺序喷射、稀燃、全电控柴油/天然气双燃料发动机的研究。首页返回章返回节47国家对发展燃气汽车十分重视,成立了国家清洁燃料汽车领导小组,确定北京、重庆等l2个城市、地区为燃气汽车试点示范城市。通过试点示范,在燃气汽车改装、运营、管理以及加气站建设等方面,试点示范城市积累了不少经验。截止到2000年10月,12个示范城市燃气汽车保有量约71200O辆,CNG和LPG加气站约240个。首页返回章返回节48在国家“空气净化工程清洁汽车行动”工作会议上,提出了“清洁汽车行动实施办法”,“清洁汽车行动关键技术攻关及产业化项目指南”。计划到2OlO年CNG汽车100万辆,LPG汽车50万辆。

25、 首页返回章返回节494.天然气汽车技术发展趋势自20世纪30年代以来,各国先后建立了燃气汽车及其附加装置的科研机构和专业生产厂。如意大利的TARTARINI. LANDI. OMVL研究中心;荷兰的TNO、AG;美国的SWRI(西南研究所);加拿大的AFS、德国的FEV和DALMLER-BENZ公司,英国哥伦比亚研究所;日本的本田技研等。它们为天然气汽车技术的发展作出了贡献,使天然气汽车技术日臻完善成熟。首页返回章返回节50最引人注目的是天然气专用发动机和原装天然气汽车技术。目前世界上已有43家汽车生产商生产原装NGV,而且品种和数量在不断增长,有11个厂家生产重型天然气发动机。与天然气汽车

26、工业整体的发展速度相比,NGV技术的发展速度要快得多。为进一步降低天然气汽车的排放水平,一些企业选用了稀薄燃烧技术,目前污染物比柴油机减少一半,配以氧化催化器还可进一步降低。另外一些倾向于选择理论燃烧形式,使用三元催化器,采用空燃比传感器实现闭环控制。首页返回章返回节51其主要的技术成就为:(1)完成了三代CNG汽车技术更新最初阶段采用油、气两用技术,在原火花点燃式发动机上,保留原供油系统,增加一套由减压器、混合器等组成的供气系统。减压器为杠杆膜片机械式结构,借助发动机进气管真空度的变化调节燃气供给量,混合器有文丘里式、膜片式、比例式、孔板式,加装在化油器上。这种结构能基本满足使用要求,可称之

27、为第一代产品。 首页返回章返回节52随着电子技术的发展,在第一代产品的基础上加装电子控制单元(ECU),利用排气系统中加装的氧传感器提供的空燃比信息,控制在混合器前设置的步进电机配气阀,自动调节燃气供给量,使发动机的空燃比控制在理论配比值(=1),因而使汽车的动力经济性和排放性能得以改善,采用这种结构的产品可称为第二代产品。首页返回章返回节53随着汽油机电喷技术的推广,在燃气汽车上也研制开发出第三代电控燃气喷射技术产品,先后开发出两用燃料单点喷射和单一燃料闭环多点顺序喷射技术。根据发动机负荷、转速和热状态等自动控制供气量、配气和点火正时等参数,使其空燃比的控制更精确,使汽车的动力经济性有较大提

28、高,配合采用三元催化技术使有害污染物排放量大幅度下降。 首页返回章返回节54“进气歧管燃料多点喷射技术”成为当今世界天然气汽车技术发展的主流和发展方向。采用“电子闭环控制天然气汽化方式”在过渡工况下NOx、HC、CO等有害气体排放水平的降低方面还很不足。采用“进气歧管燃料多点喷射技术”对于降低过渡工况下的排放能起到显著的效果,与之相关的还有NGV顺序喷射系统、高速电磁阀、专用催化剂、NGV发动机定时系统等配套技术。 首页返回章返回节55燃料供给系采用高压气瓶内置式集成调压器、高精度多点喷射;为提高起动性和低速输出功率,采用可变配气正时控制技术(VTEC);为避免动力性下降、提高充气效率,将压缩

29、比提高到12.5,使平均有效压力提高30%;并采用高热值火花塞;双层气缸衬垫;改变活塞头部形状并提高刚度; 改变气门及阀座材料;采用对甲烷净化能力强的催化剂等措施,可使天然气发动机的功率较同类型汽油机的功率还高出4.5%,其污染物排放量可达到美国超低排放标准(ULEV)的1/10。 首页返回章返回节56(2)十分重视发挥气体燃料的特性,提高燃气柴油发动机性能,降低排放a.稀薄燃烧技术当代柴油机在设计上为避免过量排黑烟,一般都采用相当稀的空燃比,其满负荷典型的值在1.51.8范围内。该值很适合用天然气进行稀薄燃烧运转,并且发出的功率与柴油机额定值相当。若采用分层充气技术值可更高,而不需后处理。

30、首页返回章返回节57稀燃技术除对NOx的控制产生显著效果外,对燃料经济性更有明显好处,同时可降低排气温度,使气门寿命和发动机的耐久性得到提高。由于稀薄混合气的爆燃倾向比理论配比混合气低,容许采用较高的压缩比。首页返回章返回节58稀薄燃烧天然气发动机的满荷热效率通常与柴油机不相上下，甚至略高。美国Caterpillar 3406火花点火增压中冷发动机,采用稀氧传感器和爆燃传感器,空燃比闭环控制系统,其稳态排放NOx在1.5g/(KWh)以下,热效率在36%以上。因此,国外将采用稀燃技术的燃气发动机,视为今后的发展方向。 首页返回章返回节59b.发展燃气专用型单一燃料发动机燃气专用型发动机按气体燃

31、料的特性,优化结构设计,提高压缩比,改变燃烧室进排气道的尺寸和形状,增大配气时间-断面,提高充气效率,动态优化点火提前装置。采用电控喷射技术,在制造上选用优质材料先进工艺,大大改善汽车的动力经济性和排放性能。采用专用型单一燃料发动机是天然气汽车技术的发展趋势。 首页返回章返回节60五、燃气汽车术语CNG-Compressed Natural Gas。压缩天然气一般指经多级加压到20MPa左右,可供车辆发动机作为燃料使用的气态天然气(甲烷为主要成分)。CNGV-Compressed Natural Gas Vehicles。压缩天然气汽车是指以经多级加压压缩到20MPa左右并储存在车载高压气瓶中

32、的气态天然气作为燃料的汽车。首页返回章返回节61LNG-Liquefied Natural Gas。液化天然气一般泛指经-162左右低温液化后,可供车辆发动机作为燃料使用的液态天然气。LNGV-Liquefied Natural Gas Vehicles。液化天然气汽车是指以经-162左右低温液化并储存在车载绝热气瓶中的天然气作为燃料的汽车。 首页返回章返回节62LPG-Liquid Petrel Gas。液化石油气是一种在大气温度条件下,只要稍加压力(1.6MPa左右)便成为液态的烃类(丙烷和丁烷为主要成分)混合物。LPGV-Liquid Petrel Gas Vehicles。液化石油气汽

33、车是指以储存在车载气瓶中的液化石油气作为燃料的汽车。首页返回章返回节63ANG-Adsorbed Natural Gas。吸附天然气是指利用某些材料对天然气的吸附效应,以常压状态储存在其载体中的天然气。ANGV-Adsorbed Natural Gas Vehicles。吸附天然气汽车是指利用以中压状态储存在吸附罐内活性炭中的天然气作为燃料的汽车。 首页返回章返回节64单燃料燃气汽车(Mono-fuel Vehicle)仅使用CNG或LPG中的一种作为发动机的燃料,不再使用其他燃油或代用燃料的汽车。此类车辆的发动机在燃料供应系统、工作循环参数、配气机构参数等方面一般都针对CNG或LPG的物化特

34、性进行了专门设计,因此燃烧热效率较高、经济性好。首页返回章返回节65两用燃料燃气汽车(Bi-fuel Vehicle)一般是指具有两套燃料供应系统(其一为使用CNG或LPG),使用中可以在两种燃料之间进行灵活切换的一类车辆。此类车辆在燃用汽油时,不能同时使用CNG或LPG作为发动机的燃料;反之,燃用CNG或LPG时,也不能混烧汽油。此类汽车同单一燃料汽车相比,由于要兼顾两种燃料的物化特性,发动机结构参数几乎不做改造,因此燃烧热效率不高、经济性较差。首页返回章返回节66双燃料燃气汽车(Dual-fuel Vehicle)是指燃用CNG(或LPG)与柴油混合燃料的汽车。此类车辆燃用CNG(或LPG

35、)为主燃料,柴油起引燃作用。此类发动机结构参数也几乎不做改动,可以在单纯燃烧柴油和CNG与柴油同时混烧两种工况灵活切换。 首页返回章返回节67六、燃气汽车分类首页返回章返回节68第二节 代用燃料汽车技术一、车用代用燃料二、醇类燃料动力汽车技术三、天然气汽车技术四、液化石油气技术五、氢燃料汽车技术六、生物质燃料汽车技术69一、车用代用燃料代用燃料液体燃料气体燃料 醇类燃料植物油燃料氢气 天然气液化石油气首页返回章返回节70二、醇类燃料动力汽车技术1. 醇燃料的特性1）汽化潜热大2）热值低3）辛烷值高4）十六烷值低5）沸点低6）自燃（630730）及闪点温度适中首页返回章返回节717）着火界限较宽

36、8）纯甲醇发动机排气中的水蒸汽大约是汽油的一倍9）亲水性强10）润滑性差和有腐蚀性首页返回章返回节72性质甲醇乙醇汽油柴油汽化潜热kj/kg1109904310270低热值Mj/kg19.6626.7743.542.5辛烷值RON114111十六烷值380104055沸点64.878.530200175360自燃温度470420220-470200220闪点温度11214575着火界限（容积比%）6.7364.388.2理论空燃比6.49.0首页返回章返回节732.汽油机使用醇燃料的技术（100%醇）1）提高压缩比可提高到1214。同时考虑燃烧室的

37、形状及尺寸，缸内气流运动方向及强度，与火花塞位置的配合，尽量减少缝隙容积，注意甲醇早燃及爆燃的可能。首页返回章返回节742）改善燃油分配均匀性及供油特性由于功率相等时甲醇的容积耗量比汽油大一倍多，因此要考虑喷油器的流量特性。甲醇混合气的预热可以提高中、低负荷时的燃油经济性，降低排放，但预热过度会使最大功率下降。首页返回章返回节753）选择火花塞及点火时间甲醇容易因炽热表面引起着火，最大火花塞温度易低于汽油机的火花塞温度，所以需用较冷的火花塞。醇燃料的汽化潜热及着火温度与汽油不同，加上发动机的压缩比及混合气的空燃比不同，因此点火提前角及火花塞间隙也应不同，具体数值根据试验确定。可增加点火能量、延

38、长点火时间、采用多电极的特种火花塞等。首页返回章返回节764）调整混合气的空燃比醇燃料混合气的可燃界限范围宽，可使用较稀的混合气。首页返回章返回节773.柴油机使用醇燃料的技术1）火花塞及电热塞法可适当提高压缩比，但要注意甲醇的早燃或爆燃。宜采用长电极、较冷型的火花塞，或采用多极火花塞，带屏障等特种火花塞。火花塞的布置原则是既要能接触到丰富的混合气，又不会让气流吹熄火花。直喷柴油机燃烧室中，火花塞布置在喷嘴附近或喷嘴对面。首页返回章返回节78由于甲醇的热值低，在等功率下，每循环供油量比柴油大一倍。供油量储备系数较小的原喷油泵则要加大柱塞或更换喷油泵。同时改变喷油时间，加大供油提前角，甚至改变喷

39、射速率。采用进气节流、排气再循环、进气适度预热、钢顶组合活塞等技术以改善甲醇发动机在低速、低负荷时的性能和降低有害排放物。首页返回章返回节792）高压缩比压燃法由于助燃措施只能首先使局部混合气温度升高燃烧起来，所以低速低负荷及部分负荷时醇发动机性能较差，而公共汽车在部分负荷工况下工作的时间较多，因此使用高压缩比法有助于克服助燃措施的缺点。理论上，要使醇燃料在原柴油机上不用任何助燃措施，只用压燃方式组织燃烧，压缩比要达到26以上。首页返回章返回节80采用排气再循环使混合气的温度升高来向甲醇提供较多的热量使其气化，缩短滞燃期，降低油耗。首页返回章返回节813）着火改善剂法在柴油机中使用加着火改善剂

40、的纯醇燃料，无需对柴油机作大的改动，也不需其他助燃措施，并且可以随时改用柴油。问题的关键是研究出能满足下列要求的优良的添加剂。用量少，价格便宜。能和醇燃料稳定的混溶在一起。无毒或毒性小，也不会影响防火等安全问题。首页返回章返回节82燃料的黏度及润滑性能适用于原有的燃油系统。能使发动机得到满意的动力性、燃油经济性及排放特性。对零件的寿命及可靠性无影响。英国卜内门化学工业公司（ICI）研发的甲醇着火改善剂AVOCET较好。首页返回章返回节83三、天然气汽车技术1.天然气（CH4）的特性1）密度常温、常压下，甲烷密度为0.71kg/m3,天然气密度为0.78kg/m3。2）热值每kg天然气的热值略高

41、于汽油，每m3理论天然气混合气热值比汽油混合气低。首页返回章返回节843）状态、沸点常温常压下气态；-162以下为液态。4）颜色、味道和毒性原始状态下，无色、无味、无毒。5）混合气发火界限宽其点火极限过量空气系数为0.61.8。6）自燃温度天然气自燃温度为630730；汽油的自燃温度为220471。首页返回章返回节857）抗爆性和辛烷值纯甲烷的MON辛烷值约为140，大多数的天然气的MON辛烷值为115130；汽油的MON辛烷值为8189。8）起燃方式因其自燃温度和辛烷值较高，故可以在较高压缩比下点燃，也可用在柴油/天然气双燃料汽车上，用柴油压燃方式引燃。首页返回章返回节862. 天然气作为车

42、用燃料的技术特性由于天然气中含有烯烃、硫化氢、二氧化碳、水等杂质，因此不能直接用作汽车发动机燃料。天然气中水的危害：1）生成水合物，造成管道、储气瓶嘴、充气嘴等的堵塞。2）加速天然气中酸性气体对金属设备的腐蚀。3）当环境温度低于0时，结冰。首页返回章返回节873.CNG汽油两用燃料汽车的工作原理1）天然气储气系统：充气阀、高压截止阀、天然气储气瓶、高压管线、高压接头、压力传感器及气量显示器等。2）天然气供给系统：天然气滤清器、减压调节器、动力调节阀、混合器等。3）油气燃料转换系统：油气燃料转换开关、天然气电磁阀、汽油电磁阀等。 首页返回章返回节88充气阀储气瓶手动截止阀高压电磁阀减压调节阀散热

43、器油气燃料转换开关动力调节阀混合器化油器空滤器汽油泵汽油 电磁阀油箱天然气气路控制电路汽油油路两用燃料开环供给系统工作原理框图8990充气阀储气瓶高压电磁阀减压调节器散热器油气燃料转换开关动力调节阀混合器进气管空滤器喷油头电动油泵油箱天然气气路控制电路汽油油路电控喷射系统车辆改装为开环两用燃料供给系统工作原理框图空气流量计气缸模拟器9192充气阀储气瓶高压电磁阀减压调节器散热器油气燃料转换开关电控调节阀混合器进气管空滤器喷油头电动油泵油箱天然气气路控制电路汽油油路电控喷射系统车辆改装为闭环两用燃料供给系统工作原理框图空气流量计气缸模拟器传感 器 CNG控制器9394952012年3月13日，中

44、国第一台大功率缸内高压直喷压燃式天然气发动机 (简称“HPDI发动机”）上市发布仪式在北京钓鱼台举行。这一技术创新成果，是由中国首家研发和生产缸内直喷天然气发动机的合资公司潍柴动力西港新能源发动机有限公司推出的。该项目的开发成功，填补了国内天然气缸内直喷发动机在应用领域的空白，这将是中国天然气发动机发展史上的一个里程碑。HPDI发动机采用氧化型催化器，在压缩上止点前用5%的柴油喷入气缸引燃，95%的天然气以300bar的压力喷入到火焰中成为主燃料燃烧做功，由此颗粒物质排放降低70%，CO2降低约20%，达到国排放标准。而柴油机要达到国排放需要采用成本较高的SCR（Selective Catal

45、yst Reduction选择性催化还原系统）。使用HPDI发动机，经济效益显著。首先，天然气价格低于柴油价格；其次，无节流阀发动机负载控制，节省了燃料的消耗，高压直喷喷嘴根据共轨喷射发动机设计，能够进一步提升性能，降低燃料消耗、排放和噪音。因此，用户的燃料成本可大幅度降低。就可靠性来说，HPDI发动机零部件与柴油机通用性高，无需改动活塞和发动机本体，其运转形式与柴油机相同，可靠性达到同功率柴油机水平。由于排气温度低，有潜在的更高的可靠性。此外，HPDI发动机无需空燃比的控制，可避免爆震和失火。其热负荷也低于火花塞点燃式燃气发动机。HPDI发动机保持了与原柴油机相同的功率和扭矩（WP12HPD

46、I蓝擎发动机的额定功率为480hp/2100rpm,最大扭矩为1970N.m/12001500rpm），其动力性与柴油机完全相同，比火花塞点燃式燃气发动机功率和扭矩提高20%，可以解决点燃式燃气发动机高原功率不足的问题。1014.压缩天然气汽车的性能1）天然气-汽油两用燃料汽车的动力性和经济性动力性有所下降；经济性理论上可以提高，但改造后的燃料经济性有所下降。2）天然气汽车的排放性能一般CO可减少85%以上，CO2可减少24%左右，NOx可减少30%以上，THC可减少40%左右，且无铅、硫等有害排放物。首页返回章返回节1025.天然气汽车的技术内容1）加气站技术2）发动机技术 3）气瓶技术4）

47、混合与控制技术首页返回章返回节103四、液化石油气汽车技术液化石油气（LPG）的物化特性1.密度1）液态密度15时，液态丙烷、丁烷的密度为0.508kg/L和0.584kg/L，LPG的密度约为0.55kg/L，汽油的密度为0.600.75kg/L。2）气态密度15时，气态丙烷、丁烷的密度为1.548kg/m3和2.074kg/m3。首页返回章返回节1042.沸点丙烷、丁烷的沸点分别为-42和-0.5。汽油的沸点为25215。3.蒸发丙烷、丁烷的蒸发潜热分别为426kJ/kg和358kJ/kg。4.蒸气压20时汽油的蒸气压几乎为零，而丙烷、丁烷的蒸气压分别为0.75MPa和0.1MPa。首页返

48、回章返回节1055.着火温度丙烷、丁烷着火温度（常压下）分别为470 和365 。6.热值丙烷、丁烷的低热值分别为45.77MJ/kg和46.39MJ/kg，汽油为43.9MJ/kg；液态丙烷、丁烷的低热值分别为27MJ/L和27.55MJ/L，汽油为32.05MJ/L。首页返回章返回节1067.点火极限按体积比丙烷、丁烷的点火极限分别为1.9%-9.5%,1.5%-8.5%。汽油为1.0%-7.6%。8.空燃比丙烷、丁烷的理论空燃比分别为15.65和15.43。9.辛烷值丙烷、丁烷的RON辛烷值分别为111.5和95。首页返回章返回节10710.气/液容积比单位重量的丙烷、丁烷气态和液态容积

49、比分别为273和236。因此，充装时，要留出一定的空间，一般不能超过容积的80%。11.色、味、毒性无12.腐蚀性其中的丁二烯对橡胶有较强的腐蚀性。首页返回章返回节108109110111五、氢燃料汽车1.氢的物理性质无色 、无味、无毒。单位质量的热值比汽油、柴油约大3倍。但单位体积的热值只有汽油、柴油的1/31/4。氢的自燃温度为580。首页返回章返回节1122.关于氢脆在一定的条件下，氢会引起金属的脆裂。关于氢脆的机理，目前有3种：1）金属与氢的反应氢与碳钢反应，产生甲烷高压气泡，引起金属的龟裂。金属吸氢后形成金属氢化物，体积膨大10%25%，金属氢化物较脆。2）金属内部形成的氢脆金属含氢

50、后，在细微金属裂纹尖端处，氢的集中与扩散会引起金属进一步脆裂。3）金属外部引起氢脆在金属表面裂纹处，氢的集中、扩散与渗透引起的。首页返回章返回节1133.氢气的安全性1)氢火焰本身温度虽高，但散出热量较少，且不易看到。因此要向氢中加入臭味剂或染色剂。2)氢比较倾向于自燃，但自燃温度较高，要在一定浓度并有明火或火花接近，才会燃烧。氢的燃烧速度快，持续时间短，且向周围散热少，人们容易接近将其灭掉。3)使用金属氢化物储氢的系统比汽油箱安全，需持续地向金属氢化物供应大量的热才会释放出氢。泄露量少且易扩散。4)美国及德国都认为氢燃料是安全的，不比目前的石油燃料危险。5)氢会损伤人的皮肤。首页返回章返回节

51、1144.氢的制取氢气的生产途径115生产氢气的主要方法1161）工业副产品制氢1172）由矿物燃料制取由天然气制取：将水蒸气及天然气在650700及镍基催化剂作用下生产出氢气和二氧化碳的混合气。产1kg氢同时产5.5kgCO2 CnH2n+2+2nH2O nCO2 +（3n+1）H2由煤制取，产1kg氢同时产22kgCO2。 CH0.8+0.6H2O+0.7O2 CO2+H2由油渣制取，产1kg氢同时产11.7kgCO2。 CH1.8+0.98H2O+0.51O2 CO2+1.88H2首页返回章返回节1183）由水制氢电解水热化学法及混合法在2500以上的温度条件下，把水直接裂解为氢和氧。光

52、解法及微生物法制氢利用光能，在催化剂的作用下，将水分解成氢和氧。微生物制氢法包括细菌法和光合微生物法。产量低。目前，用煤最便宜，但污染大；电解水最理想，但成本高。首页返回章返回节1195.氢的储存（化学与物理方式）首页返回章返回节现有的氢气储存方法有：液态有机物；分子筛吸附；微玻璃球体吸附；活性炭吸附；纳米碳管；液态氢；压缩氢气（氢气钢瓶）；储氢合金（可逆吸附氢气）；活泼金属氢化物（不可逆吸附氢气，与水反应释放氢）。1201）气态储氢压力高，体积大，质量大。以21072.5107pa的高压将氢储存于金属容器中。若汽油机汽车的燃料经济性为14.8kmL，续驶里程为420km，则油箱体积31L，质

53、量约30kg。同样续驶里程，用298k、2107Pa的氢气体积为297L。若压力提高到6.9107Pa，则油箱体积为271L，质量101kg。1212）液态储氢体积大，质量大。保温绝缘难。需用高纯度的氢在深冷装置下液化，消耗的能量约为氢热值的30%，成本较高。相当10L汽油能量的液氢体积为30L，液氢油箱的外形尺寸是汽油箱的45倍，空箱质量约为汽油箱的3倍。但，利用液氢向燃烧室喷射高压、低温的氢，可以提高功率及燃烧效率，防止回火，因此汽车燃料可用液氢。1223）金属氢化物储氢某些金属或合金能在一定压力及温度下将氢吸入，储存起来。在低于吸入压力或高于吸入温度时将氢释放出来。吸附的反应是放热的，应

54、进行冷却。储氢合金的缺点是价格高、密度大。常温下，氢储量的质量分数约为1%2%。123储氢合金及其储氢性能124六、生物质燃料汽车技术所谓生物质燃料（Biomass Fuel）是指由植物中获取的燃料。首页返回章返回节125植物油的燃料性质特点1）粘度高解决办法（将少量植物油与柴油混合，对植物油进行精炼，对植物油进行化学改性）。2）蒸发性差3）氧化安定性差4）十六烷值较高5）腐蚀性低首页返回章返回节126第三节太阳能汽车技术汽车用的燃料是汽油和柴油等，它们都是从石油中提炼出来的。然而，石油这种矿物燃料是不能再生的，人类将面临着能源的挑战。从另一方面来说，石油本身就是一种宝贵的化工原料，可以用来制造塑料、合成橡胶和合成纤维等。把石油作为燃料烧掉了，不但十分可惜，而且还污染了人类赖以生存的环境。解决这个难题的唯一可行办法，就是加紧开发新能