朱明-汽车新能源

汽车新能源电能来源非常丰富。电能是二次能源，它可以来源于电能、氢气、甲醇、乙醇、天然气、液化石油气、二甲醚、太阳能和生物质能等任何一种能源，能源的种类很多，有些并不适合在汽车上直接应用。水能、地热能和海洋能不可能直接用于汽车上，更不可能在汽车上建核电站。荷兰人汉斯制成发时速10公里的风能汽车，但这种汽车成为商品并不实际。但转化为二次能源后是可以的电能运行零污染而且噪声小。无废气排出，无燃烧噪声和进排气噪声结构简单，维修方便能源效率高成本高充电时间长。一般需6~10小时，解决的根本方法是研究一种快速充电技术，日本已研究出一种新型电池，容量是普通电池的30~50倍，充电时间仅需几十秒钟能量能量密度低。续驶里程短，通用汽车公司抢推出两人乘“冲击号“电动汽车，加速性虽好，但一次冲电只能行驶100多公里天然气与液化石油气是比较优秀的代石油燃料。天然气。主要成分是甲烷（约占85%~95%）还有少量的乙烷、丙烷和丁烷，以及少量的的杂质氮、二氧化碳等。来源有气田气、油田伴生气和煤成气之分。液化石油气。主要成分是丙烷及丁烷为主体的碳氢化合物，来源于油井气、石油加工的副产品和煤制取的液体燃料时的副产品等。天然气汽车NGV，液化石油气汽车LPGV天然气与液化石油气用作汽车能源的主要优点：来源丰富，燃料经济性好

1、热效率高。原因是辛烷值高，抗爆性好可采用较大的压缩比，从而提高热率，既使压缩比不变，也可适当调大点火提前角提高热效率，混合气形成质量比汽油的好，燃烧完全，也有利于热效率的提高

2、燃料的价格较低。开采后再加工成本低，政策倾斜排污少发动机使用寿命长。含硫少，燃烧产物中硫化物极少，大大减轻了腐蚀性磨损，延长了使用寿命。以气态形式供气，对气缸壁的冲刷作用小，对润滑油的污染轻，也会减轻磨损维修费用少。燃烧产物中极少含中常温下为液态的成分，润滑油被稀释污染少延长换油周期。成分中不含重成分加之燃烧完全，产生积炭少，火花塞及活塞寿命较长。据报道维修费可减少50%怠速及过渡工况稳定性好。用作汽车能源主要问题动力性较低。混合气热值低，进气（空气）量少，分子变更系数小，如果匹配不良，动力性下降更大储气瓶占用空间较大，携带不方便。天然气的能量密度比汽油小得多，天然气所占容积等于汽油的4.5倍，有效载质量减少。液化石油气与汽油的能量密度差距不太大，这一点不太突出初始投资较大,建站费用高（相对而言，液化石油气的建站费用少许多）天然气汽车发展概况20世纪30年代意大利就有了天然气汽车，天然气汽车已有80年的发展史。近年来天然气汽车的发展速度很快。到1996年全世界的天然气汽车和液化石油气汽车的总量已达500万辆。甲醇和乙醇简介。生产甲醇原料主要有天然气、煤、石脑油、重质燃料以及木材、垃圾、海藻等。生产乙醇原料主要有化工原料、含糖作物（如甘蔗、甜菜等）含淀粉作物（木薯、土豆和玉米等）以及纤维类原料（如草木秸杆等）醇类汽车的主要优点。来源丰富，具有一定的可再生性。有利于提高热效率。辛烷值高，许用压缩比高。着火界限宽，火焰传播速度快，有利于采用稀混合气。可降低排污甲醇和乙醇用于汽车原主要问题低温起动性较差。（甲醇和乙醇的汽化潜热分别为1101和862比汽油（297KJ/KG）的高许多使进气温度较低，影响充分汽化，低温起动性差。）醇与汽油易分层（甲醇与汽油须借助于添加剂才能互溶，少量的水即可导致乙醇与汽油发生分离，从而提高了对燃料的要求和增加顾储运的难度。）醇有腐蚀作用（对铅锡镀层、镁、锌、铜、铝和黑色金属有腐蚀作用，发动机的有关零件需进行防腐处理如用不锈钢件、氟橡胶等）甲醇有剧毒。（燃烧产物中有甲醛，甲醛易致癌，易引起光化学效应，对臭氧层的破坏力很强）乙醇的价格贵。热值较低。（对发动机的动力性有一定的影响。）二甲醚简介是一种化工产品，具优异的环境性能指标，虽对皮肤有轻微的刺激作用，但无毒，在大气中二甲醚能够在短时间内分解为水和二氧化碳，不会对环境造成破坏。在内燃机上的应用，最早是用途甲醇的引燃剂。试验表明，压燃式发动机燃用二甲醚性能良好，不采取任何后处理，也能达到欧三标准。二甲醚用作汽车能源的主要优点来源丰富（可用天然气、煤、石油焦炭或生物质为原料制取）十六烷值高，污染小（汽化性能好，又含有较大比例的氧，可实现无烟燃烧）二甲醚的自燃温度低，滞燃期短，NO排放少，燃烧噪音低。二甲醚不发生光化学反应，对人体无毒，只有当其体积百分比超过10%时，才会产生轻微的麻醉作用。动力性较好（二甲醚的低热值（26.7）虽然比柴油的（43）低许多，但二甲醚煌理论混合气热值（3.71）却与柴油的（3.83）相当接近，可采用较小的压缩比。燃用二甲醚，热效率较高，分子变更系数大，而且完全燃烧完全度高二甲醚用作汽车能源的主要问题储气瓶占用空间大，携带不便。粘度低，润滑性差。磨损问题是实用化的最大障碍之一。成本高。初始投资较大，建站费用高。汽车新能源素质考评能量密度考评能量密度：指单位质量或单位容积某能源所包含的能量。ρ=Q/V,ρ---以容积或质量为基础的能量密度。Q----容积为V（或质量为M）的某能源所包含的能量。V----某能源的容积，M---某能源的质量。能量密度系数。某能源的能量密度与被代替能源的能量密度之比，β=ρVN/ρVO，ρVN

---以容积为基础的某被替代能源的能量能量密度。ρVO------以容积为基础的某新能源的能量密度。容积系数：为平价和计算更换能源之后所需能源容积的大小。在保持相同续驶里程前提下某新能源的容积与被代替能源的容积之比，与能量密度系数互为倒数。Vv=Vn/Vo,Vv---容积系数。Vo---被替代能源的容积。Vn---在保持与被代替能源相同续驶里程前提下某新能源的容积。热效率指示效率。取决于循环过程中热损失的大小。不论压燃式还是点燃式发动机，比热随温度升高而增大的性质。工质比热高，意味着同样的热量所引起的压力和温度的升高较低，其结果是循环功减少，批示功率降低。比热随混合气浓度的增加而增大，因此，稀混燃烧的重要优点是稀混合气的比热较小热效率高。传热损失取决于燃烧室的面容比、冷却水温度和燃烧的即时性的控制等。燃烧速度高，传热损失少，非瞬时燃烧和补燃损失也少。燃烧完全度是影响燃料经济性的重要因素。它主要取决于燃烧速度和混合气形成的质量等。热效率影响热效率的主要因素：辛烷值和混合气形成质量。1）辛烷值高，则许用压缩比高。适当提高压缩比可使热效率得以提高。2）混合气形成质量：雾化与汽化良好，混合均匀和分配均匀。汽化性能好的燃料工作时产生气嫜的可能性大。动力性混合气容积热值越大，则动力性越高。充气效率和进入的空气量。充气效率的变化。分析采用新能源之后进气阻力的变化以及充量在进气过程中的温升情况。燃料挤占空间的变化。分子变更系数。指燃烧后工质的摩尔数与燃烧前工质的摩尔数之比。分子变更系数大于1，表明燃烧后工质的摩尔数增大，，则工质对活塞做功多。天然气在汽车上的应用天然气在汽车上的应用简介

1860年道依茨发动机厂制造出世界上第一台气体燃料发动机，1872年天然气发动机问世。20世纪30年代意大利推出天然气汽车。1969年，美国引入NGV改装系统，1979年，新西兰天然气汽车获得较快发展，1982年，加拿大开始发展天然气汽车，1984年福特汽车公司推出了单燃料天然气概念车，1986年，我国四川省建成第一座加气站，20世纪90年代以来，天然气汽车进入快速发展阶段，许多国家成立了NGV协会，美国颁布了《清洁空气法案修正法》《能源政策法》，为天然气汽车的发展提供了更好的政策环境。目前，全世界的天然气汽车已达100多万辆，建成天然气加气站约3000座。天然气汽车的类型按储带的压力和形态。压缩天然气汽车：高压天然气（通常为20MPa）特点是高压气态。常压天然气汽车：携带不便，有安全隐患，基本淘汰。液化天然气：特点是液态。液化后的体积仅为标准状况下的1/625，储带方便，潜力很大。吸附天然气汽车：以吸附方式储带天然气，中压（3。5~6MPa）天然气汽车的类型按燃料的组成与应用。纯天然气汽车。发动机为点燃式，性能有可能达到最优。但续驶里程短，使用局限于有加气网络的地区。NG-汽油两用燃料汽车。混合气都是预混并由电火花点燃。优点：改装方便，原机基本不动。在保证供应的情况下可尽可能燃用天然气，在需要时又可改用汽油。续驶里程比原车长。主要问题：燃用天然气时动力下降显著。NG-柴油双燃料汽车。可大幅度降低大负荷工况的微粒排放，但小负荷时的HC、CO排放和燃料消耗率有所增加。天然气汽车的类型按天然气的供给方式。真空进气式天然气汽车。天然气靠进气管真空度引入进气管。喷射式天然气汽车。将天然气以一定的压力经喷气嘴直接喷入气缸或进气管。天然气汽车的类型按燃料供给的控制方式。机械控制式天然气汽车。机电联合控制式天然气汽车电控式天然气汽车。利用微机来控制不同工况天然气供给的天然气汽车。有开环和闭环两类。天然气汽车的供气系统

CNG供气系统的结构组成：储气系统、燃气供给系统、燃料转换系统和控制系统。储气系统：充气装置、储气瓶、气压显示装置、手动截止阀等。充气装置（充气阀）：一个单向阀结构。储气瓶：由合金钢或铝合金或复合材料制成。手动截止阀：是两个通断式阀门，分别装在储气瓶的进出输气管上。进气端的截止阀装有快速充气接头，是储气瓶的充气接口，出气端截止阀用于维修或紧急情况时切断气源。气压显示装置（压力表）：用于定量显示储气瓶的压力。天然气汽车的供气系统燃气供给系统：天然气过滤器、减压调节器（简称调压器）、混合器、低压软管及循环水软管等。过滤器：清除天然气中的颗粒物质。减压调节器：经三级减压，将储气瓶的高压气体降到常压，并随发动机工况的变化向混合器提供适量的燃气。是供气系统中最关键的部件。混合器：使天然气与空气初步混合，并与减压调节器共同控制天然气的供给量。混合器的结构参数直接影响发动机的工作性能，也是供气系统中最关键的部件。天然气汽车的供气系统燃料转换系统和控制系统。燃料转换开关、天然气截止阀和汽油截止阀等。天然气截止阀和汽油截止阀：是由驾驶员控制的转换开关控制电磁阀。减压调节器减压部分一级减压室组成：（压力从20MPa减到1MPa）一级阀门、一级阻尼板、一级弹簧、一级膜片、一级膜片拉杆和一级杠杆等组成。工作原理：20MPa的气体通过一级阀门时，孔式节流阀的强阻尼作用使压力大幅度降低，之后，阀门与阀座之间的圆环形阀口进一步降压，压力降为1MPa左右。室内的挡片，对气体起缓冲和稳定的作用。随着室内的气体增多，压力增大，阻尼板与膜片之间夹腔中的压力也不断增大，达到一定值时，膜片向上突起压缩弹簧，通过膜片拉杆带动拉杆使阀门开度减少，同理，室内压力降低时，开度增大，一级减压室处于动态平衡状态。减压调节器二级减压室：（压力从1MPa减到0.2~0.4MPa）二级阀门、二级阻尼板、二级弹簧、二级膜片、二级膜片拉杆和二级杠杆等组成。工作原理同一级减压室。减压调节器三级减压室：（压力降到大气压）三级阀门、三级阻尼板、三级弹簧、三级膜片、三级膜片拉杆和三级杠杆等组成。工作原理：阀门的环形缝隙将压力降到大气压之后，由调压阀燃料出口输入混合器。三级膜片和三级膜片弹簧等控制阀门的开度大小。减压调节器配剂部分怠速系统：怠速时，节气门开度很小，转速低，混合器喉管处真空度很小，难以吸入燃气，为此，设置了真空泵室，通过真空管引入发动机进气管的真空度。怠速工况下节气门后面的真空度很高，在引真空度作用下，真空膜片压缩真空弹簧并通过三级膜片拉杆、三级拉杆带动三级阀门开大，满足怠速工况下燃料的需要。真空泵还起停机时自动停气的作用。当发动机停止运转时，混合器喉口处及节气门后的真空度均消失，真空弹簧压下真空膜片，带动三级杠杆使三级阀门关闭。停供燃气。减压调节器主供油系统：随着节气门开度的增大及转速的升高，混合器喉口处的真空度亦不断增大，通过主通道使三级阀门的开度增大，燃气供量增加。同时怠速系统的真空泵还兼具主供油系统的校正功能。随着节气门开度的增大，进入混合器的空气量增多，同时，燃气的供量增多速度更快，有使混合气变浓的趋势。此时，真空泵室真空度下降，真空弹簧压下真空膜片，从而使阀门开度减小，减少燃气供量，防止了混合气过浓现象。减压调节器加浓系统：作用是在发动机大负荷情况下供给额外的燃气。墚负荷较大时，混合器的真空度较高，三级膜片上拱，推动三级杠杆向上移动至某一位置时，将触压助射阀阀杆，打开阀门，使夹腔中的压力突降，通过弹簧杠杆等使阀门开度增大，从而增加了二级输出压力，使供气量增大，为大负荷提供了额外加浓。减压调节器起动系统：起动时转速极低，混合器喉口处的气流速度及真空度均很低，因此，三级阀门的开度很小，吸出的燃气量也很少，致使混合气过稀，难以保证着火与燃烧。接通起动电磁阀，开启起动旁通气道，使一级减压室较高压力的天然气直接进入三级减压室，三级减压室内气体的压力和数量激增，从而保证向发动机提供浓混合气，使发动机得以顺利着火起动。减压调节器加热部分。高压阀口在调节状态下产生的节流吸热现象，燃气中所含水分可能会在阀口处产生冰堵，，损坏阀芯和阀座。为此，在调压阀的一级室和二级室的外部设置了水腔，引入发动机的循环水。混合器天然气的配剂由减压调节器和混合器共同完成目前，国内外都已生产出性能良好的CNG减压器，它可以控制天然气的进气量，以适应发动机在起动、怠速、大负荷等不同运行工况下的正常运行。混合器的作用：使天然气和空气混合，为天然气的输出提供合理的真空度。混合气的质量和数量能否适应发动机不同运行工况的需要，在很大程度上还取决于混合器的流动特性，取决于混合器与具体机型的良好匹配。混合器虽不起眼，但非常重要。混合器固定喉管式混合器的结构：喉管横截面不随工况而变的混合器。在混合器的管道中应该建立起能够在最低的空气流动阻力条件下燃料被吸出所必要的真空度。纵断面应采用缩扩式，即喉管式，它有最佳的气体动力学特性，流量系数可达0.94~0.99，喉管四周有呈切向布置的天然气输入小孔，使天然气进入时形成环状气流，以利于与空气混合。混合器燃气调节阀空气入口节气门混合气出口文丘利管混合器混合器可变节流式混合器。燃气和空气的通过断面可随工况而变的混合器。利用燃气调节阀和调节空气流动的膜片分别改变燃气和空气的节流程度，从而使混合气量和空燃比随工况而变化。发动机不工作时，真空室内的真空度为零，燃气通道和空气通道均被关闭，发动机一旦起动，进气管的真空度即可通过真空连接管传到真空室，压缩弹簧，燃气通道和空气通道均被开启，发动机负荷越大，开度越大。混合器真空室膜片空气空气燃气调节阀真空连接管气体燃料入口混合气出口可变节流混合器混合器文丘利式喉管混合器结构要点：喉管入口角应不大于30度，太大易引起严重的气流冲击和强烈的涡流，增大进气阻力，太小，增大喉管长度，影响安装。经试验和计算，喉管扩散角最佳值等于8度。喉部直径：是混合器的最关键尺寸，选用小尺寸喉管直径，则通过喉管处的进气流速较大，真空度增加，易保证天然气的供给量，但进气量会减小。由于压降大小与流速平方成正比，喉管直径小，对发动机的高速性能尤其不利。若选用大的喉管直径，不能保证天然气的充分吸出，混合气较稀。混合器喉管的直径取决于以下几个因素节气门全开、发动机低速运转时，喉口应有一定的真空度以确保天然气的吸出量，使发动机有较高的低速大转矩。节气门全开、发动机转速高时，喉口应具有一定的流通面积以确保充气时较大，使发动机有较高的最大功率。怠速节气门关小，喉口真空度下降，仍应能够向发动机提供浓混合气，以保证怠速工况的正常运转混合器能与调压器配合，共同供给发动机各工况所适宜的混合气，在发动机全部工作范围内保持良好的混合特性。混合器空气在混合器中的流动情况。空气从空气管流入喉管，压力下降，流速为数十个米/秒，在最大功率时空气流速高达120~200m/s。此时空气管内的雷诺数（Re）远大于临界雷诺数，因此可认为在空气管和喉管内的空气流