汽车新能源与节能技术

1,汽车新能源与节能技术,2,办公室：8#419办公室电话：8246105手机-mail：yanqiang227,杨延强,3,目录,第一章：绪论第二章：新能源汽车第三章：发动机节能技术第四章：汽车底盘节能技术第五章：汽车车身节能技术第六章：汽车燃油、润滑油的选用与节能第七章：汽车运用节能,4,本章学习主要内容第一节：能源的概念与分类第二节：能源与环保压力第三节：汽车节能本章学习重点1、了解能源的概念和分类2、掌握汽车节能有关的基本概念3、掌握影响汽车能耗的主要因素和节能的基本途径。,第一章绪论,5,一、能源的概念“能源”这一术语，过去人们谈论得很少，正是两次石油危机使它成了人们议论的热点。自工业革命以来，能源安全问题就开始出现。在全球经济高速发展的今天，国际能源安全已上升到了国家的高度，各国都制定了以能源供应安全为核心的能源政策。那么，究竟什么是“能源”呢？,第一节能源的概念与分类,？,6,关于能源的定义，目前约有20种。科学技术百科全书：“能源是可从其获得热、光和动力之类能量的资源”；大英百科全书：“能源是一个包括着所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可让它为自己提供所需的能量”；我国的能源百科全书：“能源是可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源。”可见，能源是一种呈多种形式的，且可以相互转换的能量的源泉。确切而简单地说，能源是自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资源。能源：是指人类取得能量的来源，是直接或通过转换提供人类所需的有用的能资源。,7,二、能源具有的特点：（1）能源形式在一定条件下可以互相转换。（2）能源在开采、提炼或加工、使用以及废料处理过程中存在不同程度的污染。（3）化石燃料能源如汽油、柴油、天然气等在储存过程中存在泄漏和危险等问题。有些能源（电能）不能储存。,8,1、按能量的来源：（1）来自地球外部天体的能源（主要是太阳的辐射能（5.31015MJ/年）大气吸收转化为风能、水能、波浪能、海流能；植物通过光合作用转为生物质能；动植物在特殊地质条件下经亿万年转为石油、煤炭、天然气等化石能源；（2）地球本身所蕴含的能源原子核能、地热能；（3）地球和其他天体相互作用产生的能源潮汐能。上述一切能源为初始能源。,三、能源的分类,9,2、按能源产生方式分类分为一次能源和二次能源。前者即天然的未加工的能源，如：煤、石油、天然气、原子核等。后者是将一次能源加工后的能源，如：焦炭、汽油、柴油、电力等。3、按能源性质来分类燃料型能源：煤炭、石油、天然气等。非燃料型能源：水能、风能、地热能等。4、按能否造成污染分类污染型能源：煤炭、石油、天然气等。清洁型能源：水能、风能、电力、太阳能等。,10,5、按能源使用类型分类分为常规和新型能源。前者即技术上比较成熟、使用比较普遍的能源，如：煤、石油、天然气、水能等。后者是新近利用或正在开发的能源，主要是相对于常规能源而言的。如：太阳能、风能、地热、生物质能等。6、按能源的形态特征分类世界能源委员会推荐的能源类型分为：固体燃料、液体燃料、气体燃料、水能、电能、太阳能、生物质能、风能、核能、海洋能和地热能。7、按能否进入商品市场分类商品能源：煤炭、石油、天然气、电力等。非商品能源：薪柴和农作物残余（秸秆等）等。,11,8、按可以不断得到补充或能在较短周期内再产生分类非再生能源：煤、石油和天然气等。可再生能源：风能、水能、海洋能、潮汐能、太阳能和生物质能等。,12,四、能源的单位与度量,能源的单位：焦(J)、千瓦小时(kWh)。因能源的种类很多，为便于统计、分析和比较，规定以煤当量(1kg标准煤=29.3MJ)作为能源的统一度量单位（有些国家使用油当量作为能源的度量单位）。即按煤（油）的热当量值计算各种能源量的统一计量单位，1kg标准煤的热当量值=0.7kg标准油的热当量值。,13,一、能源压力,第二节：能源与环保压力,14,世界石油的产销量,15,1、世界能源压力根据世界石化巨头英国BP集团在2004BP世界能源统计年鉴中提供的数字表明，世界目前探明的石油总储量为1.15万亿桶，以目前的开采速度计算，可供全球石油生产41年。2020年西欧和亚太石油枯竭：2008年中东、南美、加拿大、墨西哥、非洲、东欧和独联体国家是石油输出地，亚太、美国和西欧是石油进口地。2008年西欧探明石油储量17.2亿吨，产油2亿吨。按照2008年的产量，西欧石油将在2017年枯竭。西欧石油枯竭后，将完全依赖东欧、俄罗斯、非洲和中东为其提供石油。2008年亚太（中、日、印、东南亚等）探明石油储量46.6亿吨，产油3.7亿吨，按该年的产量，2020年亚太石油枯竭。西欧石油和亚太石油相继枯竭，将迫使中东、南美、非洲、东欧和独联体国家提高石油产量，从而加快这些地区的石油枯竭速度。,16,2029年东欧和独联体石油枯竭：2008年东欧和独联体国家探明石油储量137亿吨，产油6.3亿吨。东欧和独联体国家是石油输出国，由于西欧石油和亚太石油的相继枯竭，油价暴涨，加速东欧石油的开采。按照2008年的产量，东欧石油2029年必然枯竭。2030年前，西欧石油、亚太石油和东欧石油相继枯竭，全世界陷入“石油饥渴”状态。2040年非洲和美洲石油枯竭：2008年非洲探明石油储量160.4亿吨，产油4.6亿吨。西欧和亚太进口石油的首选是东欧和独联体国家，次选是非洲，再次才是中东，最后才是南美。在西欧、亚太、东欧和独联体国家石油枯竭的情况下，非洲国家在欧盟（英法德等）、日本、俄罗斯、中国等的需求和压力下，必然大量增产。按照2008年的产量，非洲石油2040年枯竭。,17,2050年全世界“滴油不剩”：2008年中东探明石油储量1022亿吨，产油11.5亿吨。按照2008年的产量，中东石油要2097年枯竭。但是，2020年、2029年、2040年西欧、亚太、东欧、非洲和美洲石油相继枯竭，中东是全世界唯一的“油源”。无论中东国家是否愿意，世界各国都必将在2050年把中东石油全部吸干。另一方面，2008年全世界探明石油总储量1838.8亿吨，全年开采量36.48亿吨。按照2008年的开采水平，2058年全世界的石油必将“滴油不剩”。虽然仍在不断发现新的油田，但是新增探明石油储量低于新增石油消费量。因此，2050年全世界必将“滴油不剩”，且2030年全世界将会陷入“石油饥渴”状态。,18,列强不得不在中东“抢石油”：中国、美国、欧盟（英法德等）、澳大利亚、墨西哥2020年之前石油枯竭；俄罗斯、印度、巴西2025年之前石油枯竭；沙特、伊朗、伊拉克、科威特、阿联酋、委内瑞拉、加拿大2050年之前石油枯竭。2030年之前美国的石油命根在大西洋，对中东石油的争夺主要于2030年之后。2020年之前美国优先吸干墨西哥、俄罗斯、英国、挪威、巴西、荷兰和加蓬，2030年前吸干尼日尼亚、阿尔及利亚、安哥拉、厄瓜多尔和哥伦比亚，此后美国将吸干沙特、伊拉克、科威特和委内瑞拉，最后吸干加拿大。美国手握加拿大，抱住沙特、伊拉克、科威特，控住委内瑞拉，趁机拿下伊朗，优先吸干墨西哥、非洲和欧洲，力保2050年之前“有油可用”。,19,2、我国能源的压力,我国汽车产销量增长状况,20,万吨,年,我国石油的年进口量与消费量,21,我国产油量、进口量与石油供给的进口依存度,国内原油产量和进口量,进口依存度：,18949,20400,23930,20301,20092010,54.1%,22,二、环保压力据研究，目前大气中21.7%的HC、38.5%的CO、87.6%的NOx、11.7%的CO2、6.2%的SO2和32%的微粒来自汽车，而在城市大气中，这一比例更高，大概87%的HC、61%的CO和55%的NOx来自于汽车。,23,1、化石燃料在不久的将来会使用殆尽！2、全球的大气污染、变暖正在给人类的生存造成日益严重的威胁！人类的出路在哪里？我们该为地球母亲做些什么？从我做起，研究、使用清洁环保的可再生能源，节能减排，降低大气污染，阻止气候变暖，为了一个生机勃勃的地球而努力！,当前面对的问题？,24,一、节能定义按照世界能源委员会1979年提出的定义:采取技术上可行、经济上合理、环境和社会可接受的一切措施，来提高能源资源的利用效率。节能是指在保证能够生产出相同数量和质量的产品，或者获得相同的经济效益，或者满足相同需要，达到相同目的的前提下的能源消耗量下降。广义的讲，节能是指除狭义节能内容之外的节能方法，如节约原材料消耗，提高产品质量、劳动生产率、减少人力消耗、提高能源利用效率等。狭义的讲，节能是指节约煤炭、石油、电力、天然气等能源。,第二节汽车节能,25,节能的实质就是提高能源的利用效率。我国能源面临的问题：一是储量不足,我国人均能源占有量仅为世界平均水平的一半；二是能源利用效率远低于世界先进水平；三是以煤为主的能源结构导致环境污染严重；四是大量进口石油严重威胁国家的经济安全。节约能源是解决上述矛盾的必然选择。,节能的重要性,26,汽车节能概念的提出我国汽车的年产销量2010年达1800万辆，世界汽车保有量达10亿辆，我国汽车保有量达7000万辆。2010年我国石油进口达2.5亿吨，年消费量达4.5亿吨，石油对外依存度54.1%。由上可以看出汽车节能势在必行。那么什么是汽车节能呢？汽车节能是指在保证发动机动力性能不变的前提下，能够使发动机燃油消耗降到最低。,27,二、影响汽车能耗的主要因素,汽车由发动机、底盘、车身等总成组成。汽车的结构、性能，以及与运输对象是否匹配，汽车驾驶、维护、车用燃油及润滑油的选用，新能源技术水平等对汽车燃油消耗都有重要影响。所以汽车节能是一项很复杂的系统工程。,28,传动系效率越高，动力传递过程能量损失越小，油耗越低。对齿轮变速器，挡位越多，发动机处于经济工况下工作的机会越多，有利于提高汽车的燃油经济性。无极变速器使发动机在最经济工况下工作，燃油经济性显著提高。现在正进行大功率、高效率传递，高寿命的机械无极变速器(CVT)的研究。齿轮变速器比液力自动变速器的传动效率高。自动变速器汽车虽驾驶方便，但汽车油耗高。,发动机油耗对汽车油耗有决定性的影响，油耗决定于发动机的结构与性能。发动机对汽车油耗的影响有五个方面：（1)、高压缩比、完善的供油系统及合理的燃烧室形状、采用电子点火系统等能降低发动机的油耗。(2)、柴油机压缩比高于汽油机，因此柴油机比汽油机油耗低。(3)、汽车在平路上行驶时，发动机的负荷率只25左右，发动机在油耗较高的范围内工作。为节约燃油，应使发动机工作在80%以上的负荷。(4)、混合动力汽车在减速、制动过程中不但可以不消耗燃油，还能回收制动能量，因混合动力汽车可实现不同工况下较好的能量流管理，提高了汽车的燃油经济性。(5)、柴油机采用高压共轨技术，使燃油喷射系统可对喷油定时、喷油持续期、喷油压力、喷油规律等进行柔性调节，可提高柴油机的经济性。,1、汽车的结构方面（1）发动机（2）传动系（3）汽车总质量（4）汽车的外形（5）轮胎,总质量影响汽车的滚动阻力、坡道阻力和加速阻力，对汽车的燃油经济性影响很大。试验表明：整车装备质量为1360kg的汽车，当总质量减少10，油耗降低8.8。因此，将汽车的车身轻型化：采用轻型材料，减轻汽车自重。采用轻型设计技术；使构成部件、附属品轻型化。,汽车行驶克服空气阻力而消耗的功率与汽车行驶速度的三次方成正比。低速时，空气阻力对油耗影响不大，当车速超过50kmh，空气阻力对油耗的影响明显。旧轿车的空气阻力系数在0.45左右，现代轿车的空气阻力系数为0.30左右，节油轿车可降至0.2左右。使用者不在轿车顶上安装行李架，货车装载品用篷布盖好，高速行驶时不打开车窗等措施都能降低空气阻力系数。,轮胎结构对滚动阻力影响很大，改善轮胎结构，可以减小汽车的油耗。子午线轮胎可降低滚动阻力。子午线轮胎与普通斜交轮胎相比，滚动阻力下降2030。另外，轮胎的花纹及胎压对汽车的油耗有较大的影响。,29,2、汽车的使用方面（1）行驶车速中速油耗较低，高速时汽车的行驶阻力增加、发动机负荷大耗油量增大。（2）档位选择在一定的道路上，用不同挡位行驶，油耗不同。合理的选择挡位使汽车处于经济工作区域。（3）挂车的选用拖带挂车后，提高了发动机的负荷率，百吨公里燃油消耗量下降。（4）正确的维护与调整随着运行时间的增长，汽车技术状况和性能逐渐变差，故障增多，油耗增加。发动机冷却水温度过高或过低，可使汽车油耗上升12-15。汽车底盘的减速器、制动器、轴承、车轮前束调整不当、轮胎气压不足等，都会导致汽车油耗大幅度增加。,30,3、新能源技术方面目前已研制出太阳能、电能、混合动力能源等新能源汽车。,31,三、汽车节能的主要途径汽车节能是一个系统工程，它包括车辆技术、道路辅助设施与汽车维修、汽车运用等方面。汽车节能的途径和措施非常多，现代汽车可以节能的空间很大，但要实现必须是国家重视、经济发展、国民参与、科学研究、科学管理，所以汽车节能的重任将是长期而艰巨的。汽车节能的主要技术路线是：1、道路辅助设施及汽车维修的主要节能途径与措施。2、车辆技术的主要节能途径与措施。3、汽车运用的主要节能途径与措施。,32,1、道路辅助设施及汽车维修的主要节能途径与措施,辅助设施及维修,改善道路设施公路结构最优化,建设合理汽车道路网高速公路、汽车专用公路。一般道路的修整合理的养护等。,改进检修方式,修理合理化,维护检验合理化,检查修理方式合理化计算机诊断系统。改良设备修理机械的自动化、无损检验。提高修理技术技术培训。,维护检验期延长无维护化。自我诊断系统化监控系统、燃料计量系统。,33,提高发动机性能,开发替代发动机,利用新能源,利用代用燃料,液化石油气、乙醇、煤的液化燃料,太阳能电池,可变的排气量,车辆技术,提高行驶效率,减小行驶阻力：,车身轻型化,提高驱动效率,发动机高性能化,能源合理化,能源使用合理化,改进轮胎。,轻型材料，轻型设计技术。,辅机、电器设备轻型化。,轴承、离合器,直接式自动、无级变速,高温化、改善燃烧、减少冷却损失,降低运转部件的摩擦损失和驱动辅助损失,微机控制,斯特林发动机、兰金循环,浓度差发电机、燃料电池,氢气发动机燃料电池,改良蓄电池、电动车,涡轮增压,储能装置,空调机、电器装备等,外燃发动机,液化天然气、液化石油气等,氢气混合燃烧法、氢气储存法,2、车辆技术的节能途径与措施,生物柴油,34,3、汽车运用的主要节能途径与措施,35,复习题,1、能源的概念？2、能源的特点？3、节能和汽车节能的定义？4、影响汽车能耗的主要因素有哪些？5、汽车节能的主要途径有哪些？,36,第一节：天然气汽车第二节：液化石油气汽车第三节：醇类燃料汽车第三节：氢气汽车第四节：电动汽车本章学习重点：1、掌握有关替代能源汽车的基本概念2、掌握替代能源汽车结构的特征和基本工作原理3、明确替代能源汽车合理运用的特殊事项4、掌握替代能源汽车评价的基本知识,第二章：新能源汽车,37,新能源的类型与特点,38,第一节天然气汽车,一、天然气汽车概述天然气汽车主要成份是甲烷。其体积和质量低热值比汽、柴油高，因密度低，混合气的热值比汽、柴油低。天然气的抗爆性强，可提高压缩比提高汽车的动力性和经济性。天然气混合气的着火界限宽阔，可采用稀燃技术提高发动机的积极性和排放性。,39,为确保压缩天然气的使用安全，压缩天然气有特殊气味，加入适量臭味剂，保证天然气在空气中的浓度达到爆炸下限的20前被察觉。,40,天然气汽车作为一种清洁汽车，由于低排放、安全可靠、技术成熟、有良好的经济效益和环境效益而被广泛应用于世界40多个国家和地区。,41,二、天然气汽车的类型,(一)按储存天然气的压力和形态分：1、压缩天然气汽车(CNGV)：天然气以20MPa高压气态储存于气瓶内，工作时经降压、计量和混合后进入汽缸，或直接喷入汽缸及进气管。2、常压天然气汽车(NNGV)：以常压气态储存天然气，因携带不便及不安全，该储存方式已被淘汰。3、液化天然气汽车(LNGV)：以液态储存天然气，工作时经升温、计量和混合后进人汽缸，或直接喷入汽缸及进气管。天然气液化后的体积仅为标准状况下体积的1625，储带方便，应用潜力较大。4、吸附天然气汽车(ANGV)：天然气以吸附方式(3.56MPa)储存于储气瓶内，工作时经降压、计量和混合后进入汽缸，或直接喷入汽缸及进气管。,42,(二)按燃料的组成与应用分：1单燃料(CNG)汽车：发动机的燃料供给系统和燃烧系统专为燃用天然气而设计，充分利用天然气的性质特点，保证燃料的有效利用，使天然气汽车的性能达到最优。2CNG一汽油两用燃料汽车：可在两种燃料中进行转换使用，设有两套燃料供给系统，无论是使用CNG或汽油，发动机都能正常工作，利用选择开关实现燃料的转换，两种燃料不允许同时混合使用。3CNG一柴油双燃料汽车发动机工作于双燃料状态，用压燃的少量柴油引燃CNG与空气的混合气。系统有同时供给汽车两种燃料的系统。由于在高负荷时柴油消耗量较大，这种方式的CNG汽车的推广受到了限制。,43,(三)按燃料供给的控制方式分：1、机械控制式天然气汽车；2、机电联合控制式天然气汽车；3、电控式天然气汽车（开环和闭环）。目前各国天然气加气站没有形成网络，所以，压缩天然气汽车大部分是在汽油机或柴油机的基础上改造的两用燃料汽车。广泛使用的是CNG一汽油两用燃料汽车。,44,三、压缩天然气(CNG)汽车,（一）压缩天然气(CNG)汽车的供气系统组成：储气瓶、电磁阀、减压阀、空滤器、混合气等组成。空气滤清器工作：储气瓶电磁阀减压阀（减压后）混合器进气管汽缸。,45,1、减压阀（减压调节器）组成：减压调节器由三级减压阀、高压电磁阀、怠速电磁阀等组成。高压电磁阀为常闭式，用以控制供、断天然气。工作：高压天然气经滤清器进入高压电磁阀，电磁线圈未通电时，铁芯在回位弹簧的作用下，使阀体下移密封气道。当电磁阀通电时，电磁铁的吸力将阀提起，打开主通道，进入一级减压阀。,46,一级减压阀未通入高压气体时，在弹簧作用下使膜片下移，带动杠杆转动，使阀芯与阀口保持0.5-1mm间隙，阀口处于常开状态。当通入高压气体时，减压室的压力逐步增高，达到额定输出压力时，气体作用下膜片克服弹簧的弹力上移，带动杠杆转动使阀口关闭。当减压室气体向二级阀输出后压力下降，弹簧的作用又使阀口打开，如此反复，使一级减压阀出口压力稳定在0.350.4Mpa内。,47,二级减压阀口处于常开状态，高压气经一级减压后进入二级减压室，使二级减压室的压力升高，达到额定输出压力时，气体作用在膜片上方的压力克服弹簧的弹力，使膜片向下动作带动杠杆转动，使二级减压阀阀口关闭。当减压室气体向三级阀输出后压力下降，在弹簧的作用下又使阀口打开，如此反复，使出口压力稳定在0.150.19MPa内。,48,三级减压阀口处于常闭状态，阀的开闭由发动机进气真空度控制。当阀室内真空度为零时，在压力弹簧的作用下，阀口处于关闭状态。当阀室处于负压时，由于膜片下方与大气相通，在压力差下膜片向上运动，带动杠杆克服弹簧压力，使阀口打开供气。当减压室负压减小时，在压力弹簧作用下，阀口又处于关闭状态，如此反复，就使减压阀出口压力稳定在一个额定范围内。,49,经三级减压后的天然气流量随发动机工况变化而变化，由发动机进气真空度调节，发动机转速高、吸力大时，减压器各阀开度变大，输出流量增大、反之则减少。以满足发动机各种工况的供气量。发动机不运转时，三级减压阀关闭。发动机起动和怠速时，真空度较小，无法打开三级减压阀。怠速电磁阀为常闭式，与怠速供气管道连接。在电磁线圈未通电时，在弹簧作用下电磁铁芯下移将阀孔关闭；电磁阀通电时，阀芯的电磁吸力克服弹簧压力使阀上移，座孔打开并通气。此时，天然气由二级减压腔经怠速供气管流入减压阀低压出气管，以满足汽车起动、怠速用气所需。,50,2、混合器,混合器为文丘里管结构。该混合器由壳体和芯子两部分组成，芯子喉径最小处均匀分布一圈小孔，壳体上有天然气进气道。混合器一方面要使喉管处产生真空度来调节减压阀的天然气流量，另一方面将天然气与空气均匀混合。混合器喉径过大，真空度小，不灵敏；过小，吸入空气量少，影响空燃比，发动机功率下降。通气小孔总截面积应与天然气进气道截面积相匹配。,51,3、比例调节混合器,减压阀输出压力为负值时，使用文丘里管混合器；若输出压力大于零则使用比例调节混合器，发动机熄火后天然气通道由比例调节混合器封闭。工作原理：当发动机起动时，进气歧管产生真空，混合器气室B的空气经管道E进入化油器进气管；气室B产生真空，而气室A与大气相通，膜片在大气压力下克服弹簧弹力上行，打开天然气进气管和混合器空气阀座，天然气和空气通过混合器进入发动机。混合器膜片根据化油器进气管的真空度变化上下运动，使天然气进气管开度随之变化，从而向发动机提供不同数量的天然气，与空气形成合理的空燃比混合气。,a开，b关,52,（二）压缩天然气-汽油两用燃料汽车,CNG-汽油双燃料汽车，是将原来的燃料供给系统保留不变，增加一套“压缩天然气装置”。,车用压缩天然气装置,天然气储气系统,天然气供给系统,油气燃料转换系统,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。,天然气滤清器、天然气高压电磁阀、减压调节阀、混合器等,油气燃料转换开关、天然气电磁阀、汽油电磁阀等,53,54,55,（三）电控喷射天然气汽车,56,1、电控喷气形式,电控喷气形式,缸外供气方式,缸内供气方式,包括进气道混合器混合供气和缸外进气门处喷射供气。缸外进气门处喷射比进气道混合器供气方式先进。气体喷射器布置在各缸进气道进气门处，采用多点喷射，可实现每一缸的定时定量供气。,缸内喷射是指将气体燃料直接喷到汽缸内，喷气阀装在汽缸盖上。包括缸内高压喷射供气和低压喷射供气。低压喷射用在压缩比较低的点燃式气体燃料发动机上；高压喷射用在压缩比较高和压缩终点喷射的气体燃料发动机上。,57,2、电控喷气系统的组成及工作原理,电控喷气系统,空气供给系统,燃气供给系统,控制系统,空气滤清器、进气管等。,储气瓶、燃气过滤器、调压器、喷气阀和输气管等。,传感器、电控单元和执行元件等。,58,工作：空气空气滤清器进气管节气门进气门汽缸。燃气储气瓶燃气过滤器减压阀喷气阀汽缸。电控单元发动机工况各传感器的信息（分析、处理、计算最佳供气量）喷气阀控制指令。,59,HSV型电控气体喷气阀,工作：当电磁线圈8断电时，球阀4在进气口和出气口处气体压差的作用下向右运动，打开CNG通道供气。当电磁线圈8通电时，电磁吸力使衔铁10经推杆7推动球阀4左移，关闭燃气道，停止供气。点火后燃烧高压使球阀密封更严，防止了缸内高压燃气的倒流。,组成：由进气管接头、阀座、球阀、推杆、衔铁、线圈、壳体等组成。,60,DDEC天然气柴油喷射器,工作：喷射器的喷射时刻和持续时间是由电磁阀和燃油压力控制相结合完成的。燃油压力由凸轮轴推动柱塞而形成。当柱塞向上行时，电磁阀断电，阀门打开，柴油充入柱塞腔内。当控制单元发出喷射信号时，电磁阀关闭，凸轮轴向下推动柱塞压缩柴油产生高压。当柴油压力达到喷射压力时，柴油针阀开启向缸内喷射柴油。而后随着气体压力的提高，气体针阀克服弹簧压力开启，向缸内喷射气体燃料。气体喷射时将阻止柴油喷射，实现减少引燃柴油喷射量的目的。气体喷射压力为1216MPa。气体燃料的喷射始点由气体针阀的弹簧强度确定；气体燃料喷射的持续时间由电磁阀电控实现。,组成：电磁阀、凸轮、柱塞、柱塞弹簧、柴油针阀、气体针阀、针阀弹簧、壳体等组成。,61,喷射器压力变化曲线如图：可见，柴油和气体燃料的喷射是相继进行的，已达到柴油喷射引燃天然气的目的。,62,四、天然气汽车性能评价天然气汽车优点,（一）较低的污染排放1、与空气混合充分、燃烧彻底，可大幅度降低CO和HC的排放量；2、天然气火焰温度低，也会使NOx排放量减少；3、天然气以甲烷为主要成分，碳氢原子比最小，产生同等热量时，CO2生成量比汽油、柴油降低15以上。4、天然气汽车的燃料系统是密封的，不存在蒸发污染和形成光化学烟雾的危险。,63,64,（二）良好的运行经济性,1、由可知：压缩比高，热效率就高。天然气的辛烷值为130，燃用天然气比燃用汽油时，许用压缩比可高24个单位。提高热效率，提高经济性。2、天然气与空气的混合气形成质量比汽油与空气的好，不存在汽油的气化速度与温度和管壁油膜的关系，混合均匀和分配均匀有利于提高燃烧的完全性。3、燃烧1m3天然气所做功大于燃烧1L汽油所做功，且1L汽油的价格高于1m3（3元）天然气的价格，运行经济性好。,65,（三）可靠的安全保障,1、从燃点看，天然气的自燃温度650680，汽油的228471，柴油的200300。2、从着火界限看，天然气的浓度着火界限范围为515%，汽油为1.37.6%，天然气比空气轻，要形成天然气点燃的浓度比汽油难得多。3、在制造要求和质量保证上，CNG气瓶比汽车油箱严格得多。,66,天然气汽车缺点：1、续驶里程短；2、动力性变差,67,第二节液化石油气汽车一、液化石油气概述,1、液化石油气来自油田和炼油厂。2、LPG与汽、柴油相比，具有燃烧完全、积炭少、排放污染物低、怠速及过渡工况运行稳定性好，但动力性降低。3、液化石油气主要成分是丙烷C3H8，还含有少量的丁烷C4H10、丙烯C3H6和丁烯C4H8。,68,4、液化石油气的特点与天然气相似，天然气的体积低热值和质量低热值略高于汽油，但理论混合气热值要比汽油低，液化石油气介于天然气和汽油之间。5、液化石油气的辛烷值在100110范围内。天然气和液化石油气比汽油着火温度高，火焰传播速度慢，需要较高的点火能量。6、液化石油气汽车有三种：纯液化石油气（单燃料）汽车、LPG-汽油双燃料汽车、LPG-柴油双燃料汽车。,69,70,二、液化石油气汽车的结构与工作原理,(一)单燃料（LPG）汽车组成：储气瓶、空滤器、电磁阀、蒸发调压器、混合器等组成。工作：气体储气瓶过滤器电磁阀蒸发器蒸发为气体，气体与来自空滤器的空气在混合器中混合，由进气管进入汽缸。,71,1、蒸发调压器多数LPG蒸发调压器是集预热、蒸发、减压、调压功能于一体，LPG被发动机冷却水加热后蒸发气化，再经减压(接近大气压)供发动机使用。,72,（1）、一级减压室储气瓶的LPG从进口8流入蒸发调压器高压腔，在压力下打开一级阀门1进入一级减压室6，被蒸发成气体，压力被减小到0.140.25MPa。,随着6中的气压升高推动膜片3上移，带动固定在膜片3上的挂钩将杠杆2向上拉起，关闭阀门1，阻断LPG的进入。随着6中的LPG陆续进入二级减压室17，一级减压室6中的气压降低。当压力降至某一值时，弹簧4使膜片3下移，压动杠杆2打开一级阀门1，LPG又进入一级减压室6。,73,（2）、二级减压室来自一级减压室6的石油气经二级阀门25进入二级减压室17时压力进一步降低(至大气压)，之后经由LPG燃料出口输往混合器。,74,（3）、不同工况下混合气浓度的实现,怠速系统：问题提出：在怠速工况下，废气系数大、燃烧恶化。为保证怠速的稳定，必须提供较浓的混合气。解决方案：利用真空管13将节气门后的真空引入真空气室15，使真空膜片压缩弹簧16并带动杠杆使二级阀门25开度增大，进入二级减压室17的LPG便增多，增大怠速工况的燃气。发动机停机时，混合器喉口处及节气门后的真空度消失，二级阀门25在真空膜片弹簧16的作用下关闭，停止向混合器供气，起停机断气的安全作用。,75,主供气系统组成：由混合器、二级减压室和真空室组件等组成。工作：随着节气门开度及转速增大，喉口处真空度增大主通道传二级减压室膜片上移二级阀门25的开度增大，增大供气量以满足发动机的需要。,76,起动系统：问题提出：起动时转速低，混合器喉口处的气流速度及真空度很低，二级阀门25的开度小，燃气出量少，缸内混合气过稀，难以着火使启动困难。,解决方案：起动时电磁阀26通电，打开旁通气道。LPG由一级减压室6中起动加浓量孔27二级减压室17，增大供气量，使发动机顺利起动。随着转速的升高，喉管的真空度增加，二级减压室17的阀门25开度增大，当运转稳定时起动电磁阀26关闭，旁通气道被截断。,77,工作原理：当用LPG作燃料时，将选择开关板到“气的位置，LPG电磁阀打开，汽油电磁阀关闭。LPG由气瓶管路滤清器电滋阀蒸发调节器（蒸发、降压、成气态）混合器发动机。当将开关板到“油”的位置，则LPG电磁阀关闭，汽油电磁阀打开，为汽油发动机。,（二）、LPG一汽油双燃料汽车该燃料汽车增加了一套LPG燃料供给系统。燃料系组成：储气瓶、蒸发调节器、混合器、电磁阀和控制系统等。,78,该车两套燃料供给装置，即LPG供给系和柴油供给系。两种燃料通过电磁阀转换。LPG供给系统组成：由液化气瓶12、蒸发器8、减压器7、调压阀15、混合器18和节气门等组成。工作：LPG和CNG柴油双燃料发动机相同，用柴油起动。待水温度达到正常后，气瓶阀门打开，瓶内气体蒸发器（冷却水热量）减压阀调压阀混合器。利用发动机不同工况下混合器真空度不同，自动调节流入混合器的液化气量，与空气均匀混合。,(三)、LPG一柴油双燃料汽车,79,三、液化石油气汽车的性能评价（一）LPG汽车的动力性由图16可见：燃用LPG动力性有所下降。是因LPG混合气的热值较低。由图17可见：燃用LPG时的最大功率低，但在稀混合气区，燃用LPG的功率却比燃用汽油高9，表明在稀混合区LPG的动力性优于汽油。,80,（二）LPG汽车的燃料经济性1、LPG与汽油相比，其辛烷值高，发动机运行更平稳，起动加速稍比汽油差。2、LPG混合气形成质量高、燃烧完全，在整个负荷范围的经济性比汽油好，燃烧1kg液化石油气，相当于燃烧1.2kg汽油。3、LPG的油耗在整个混合气浓度范围都低于汽油，尤其在稀混合气区低的更多；LPG的稀限从汽油的a=1.3拓宽到a=1.5；LPG的最低油耗点从汽油的a=1.15扩展到了a=1.25；4、LPG的油耗曲线变化平坦，在广阔的混合气浓度范围内有良好的燃料经济性，对混合气浓度变化适应性强。,81,（三）LPG汽车的排放,由于LPG与空气混合气的形成质量优于汽油，燃烧较为完全，在90120kmh，LPG汽车CO排放减少80，HC减少30，但NOx稍有增加。,82,第三节醇类燃料汽车,一、醇类燃料汽车概述醇类燃料主要指指甲醇和乙醇。可直接作为发动机的燃料,也可和汽、柴油按一定的比例混合。以甲醇为燃料的汽车称为甲醇汽车，以乙醇为燃料的汽车称为乙醇汽车。醇类燃料来源：甲醇可从煤炭、天然气、煤层气，生物资源、垃圾等物资中制取；略带臭味，与水无限互溶，含O250%，排气清洁。乙醇可从含糖、含淀粉的农作物秸秆、粮食中制取。与水无限互溶，含o234.7%,排气清洁。甲醇和乙醇属有机化合物，是无色透明、易挥发的可燃液体。与汽油相比，热值低、汽化潜热大、抗暴性好、含氧量高；醇类燃料吸水性强、化学活性高、易早燃等。,83,84,醇类燃料的主要特点,1、辛烷值比汽油高：甲醇的辛烷值为106112，汽油最高为97，可采用高压缩比来提高热效率。但是醇类燃料的抗爆性敏感度大，中、高速时的抗爆性不如低速时好。普通汽油与15-20的甲醇混合，辛烷值可以达到优质汽油的水平。2、汽化潜热大：按质量计算，甲醇的汽化潜热为汽油的3.52倍，乙醇为汽油的3倍。高汽化潜热使醇类燃料的低温起动和低温运行性差。甲醇在5以下，乙醇在20以下难以形成可燃混合气，若不装进气预热系统汽车难以起动。但在汽油中混合低比例的醇，利用汽化潜热大的特点可提高发动机热效率和冷却发动机。3、热值低：甲醇的热值为汽油的48，乙醇的热值为汽油的64。燃用醇类燃料的经济性低，但理论混合气热值与汽油相当，对汽车的动力性影响不很大。4、腐蚀性大：醇的化学活性较强，能腐蚀锌、铝等金属。醇与汽油的混合燃料对橡胶、塑料的溶胀作用比单独的醇或汽油都强，混合20醇时对橡胶的溶胀最大。5、醇混合燃料容易发生分层：醇的吸水性强，混合燃料吸水后易分离为两相，因此，醇混合燃料要加助溶剂。,85,二、醇类燃料在发动机上的燃用方式,1、掺烧掺烧是主要应用方式。可改进内燃机结构及设计良好的掺烧及控制装置。甲醇或乙醇与汽油的容积比例分别以MX或EX表示。如甲醇占10、20，即以M10、M20表示，纯甲醇燃料用M100表示；乙醇占10、20，即以E10、E20表示，纯乙醇燃料用El00表示。,86,2、纯烧纯烧时对发动机的改进：1）混合器的构造必须与醇的低热值及较少的空气需要量相适应，即：加大醇的供给减少空气的供给。2）加大输油泵的供油能力，以避免气阻。3）采用高压缩比以充分利用醇高辛烷值的特性。4）压缩比提高后，宜采用冷型火花塞。5）加装起动预热装置，解决冷起动不利的因素。6）加大燃料箱，以保证必要续驶里程。7）改善有关零件的抗腐蚀性和抗溶胀性等。,87,3、甲醇改质,甲醇改质是利用发动机排气的余热将甲醇改成为H2和CO后输往发动机。甲醇蒸发及气体甲醇改质都需吸收热量，故甲醇改质后热值为液态甲醇的1.2倍。改质的热量有排气余热获得。改质气的成分为：含氢66.7(mol)，含CO33.3(mol)。其余为少量的甲烷和甲醛等。,88,甲醇改质用催化剂采用钯，改质气的成分和数量取决于催化剂的温度。催化剂的温度越高，转换率越大，H2和CO生成量增多。当催化剂温度大于300后，大多数甲醇参与改质，H2和CO基本上保持不变。,89,1、甲醇改质气的的低热值比甲醇高，但混合气热值比甲醇略低。2、火焰传播速度远远大于汽油，有利于热效率的提高。3、着火界限很宽，易实施稀混合气燃烧，提高热效率。4、辛烷值高，许用压缩比高。5、甲醇改质气排气中的HC和CO增加。6、甲醇改质气有效地回收了一部分排气热量，有利于热效率的提高。,甲醇改质气的特点：,90,甲醇改质装置,甲醇改质装置是一个可将甲醇汽化并分解为可燃气的装置，常用发动机排气加热，又称为排气余热改质器。安装在排气管附近。排气余热改质器是个多管式散热器，其中少数管道用作使甲醇汽化的蒸发管，多数管道用作使甲醇蒸气发生分解的改质管。改质管中有促进甲醇分解的催化剂。,91,甲醇改质的流程,甲醇先经热交换器预热，之后进入排气余热改质器的蒸发管，受热变成气态，然后流入改质管，温度进一步升高并在催化剂作用下，分解为H2和CO，再经热交换器冷却后进入发动机进气管。由于发动机的排气温度随工况而变化，使得甲醇改质气的成分也随发动机的排气温度而变化，因此工况不同，所提供的甲醇改质气的成分不同。,92,4、变性燃料乙醇,乙醇脱水后再添加变性剂而生成的以乙醇为主92.1%（V/V）的燃料。,93,汽车燃用醇类燃料时应注意的问题：,1、醇是溶剂，使用初期，燃油系统零部件、油管壁上的沉积物会剥落，导致滤清器堵塞，金属将被腐蚀。应进行长时间橡胶浸泡试验及耐腐蚀试验。2、长期使用醇-汽油混合燃料，润滑油酸值和粘度将会增加，发动机进气系统部件中易产生油污，导致拉缸。应在润滑油中添加清洁剂及中和酸性物质的添加剂。3、使用掺醇汽油后，汽车油耗和发动机动力有所下降。可适当提高压缩比和加大点火提前角。对电喷发动机进行匹配，延长喷油时间。4、醇的气化潜热比汽油高，在寒冷季节会使混合燃料难以气化，不易起动。5、容易分层，使汽油和醇互溶性变差，影响燃油的品质。,94,三、发动机燃用醇类燃料的参数选择,（一）汽油机使用醇类燃料时的参数选择甲醇辛烷值高，抗爆燃性好；容积油耗量比汽油大；汽化潜热及着火温度高。乙醇的性质介于甲醇与汽油之间。1、提高压缩比：利用辛烷值高、抗爆燃性好的特点，汽油机可将压缩比提高到1214，大于12，热效率的提高不明显。提高要与燃烧室的形状、缸内气流运动方向及强度、火花塞位置相配合，以实现最佳的燃烧过程。提高，组织较强的气流运动，会使激冷层面减少和激冷层变薄。在提高、改动燃烧室形状及尺寸时，应注意醇燃料早燃及爆燃的可能。,95,2、改善燃油分配均匀性及供油特性：因功率相等时甲醇的容积耗量比汽油大一倍多，因此要考虑其流量特性是否满足要求及材料的相容性，重新确定混合气的空燃比。由于醇的汽化热高，每循环供应量大，工作时很难完全汽化，用单点喷射醇，各缸间分配不均匀导致功率下降及油耗增加。采用混合气预热，可改善混合气的形成及均匀分配。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，但预热过渡则会使最大功率下降。,96,3、混合气空燃比的调整：醇燃料混合气的可燃界限范围宽，汽油机改用醇燃料后会提高压缩比，使缸内气流速度及压终温度提高，可使用稀混合气。若不用三元催化器、不要求在理论空燃比附近工作时，可使用更稀的混合气，提高热效率。,4、火花塞及点火时间的选择：甲醇易表面着火，使用火花塞温度应低于汽油机的火花塞温度，要采用冷型火花塞。醇燃料的汽化潜热大，蒸气压低，各缸混合气不均匀，发动机低温下难以稳定着火。其改善措施是增加点火能量、延长点火时间、采用多电极火花塞等。,97,（二）柴油机使用醇类燃料时的参数选择,1、压缩比的选择：柴油机压缩比为16-20。较高的压缩比有利于醇类燃料的气化、混合气的形成及稳定的着火，然而压缩比过高也会使醇类燃料早燃或爆燃。2、电热塞与火花塞：柴油机改用醇燃料后，需要采用火花塞或电热塞助燃。火花塞助燃，喷油器将燃油喷射在活塞顶中央的圆盘上；电热塞助燃，燃油喷射在固定缸盖中心部位的圆盘上。压缩比分别为16.4及16.5，采用针阀式单孔喷油嘴，喷启压力为7MPa。,98,火花塞的布置：柴油机压缩末期燃烧室内产生较强的涡流。燃醇柴油机的火花塞与汽油机不同，采用长电极冷型火花塞，或多极火花塞。火花塞的布置应能接触到较多的混合气，且不会被气流吹灭。直喷燃烧室火花塞布置在喷油嘴附近或喷油嘴的对面。95系列柴油机火花塞或电热塞布置在水平位置上。采用长型火花塞或电热塞，使电极或电热塞的炽热体达到B或C位置，并采用无触点晶体管点火装置，增加喷油提前角。如果火花塞处于A或D位置，则会因气流或激冷层的影响以及混合气过稀而不易着火。,99,(三)醇类燃料汽车的供给系,汽车改用醇燃料时，电控喷油器向气道或汽缸内喷入醇燃料，其流量既要满足全负荷时醇燃料供应量的要求，又要满足用汽油时小流量要求。柴油机使用醇燃料时仍用原高压油泵及喷油器向缸内供给醇燃料。但须进行供油提前角及点火时间的调整。因甲醇的热值低等功率下循环供油量比柴油大1倍。需加大柱塞直径，增大供油提前角，改变喷射速率，否则循环供油量大，喷油结束迟，会增大补烧期。在汽车热启动时，因气阻使起动困难，于是有些醇燃料喷油器不是从顶部进油，而是从侧面进油。,100,四、醇类燃料在汽车上的应用,甲醇与柴油的缸内预混喷油醇类易于吸水且密度小于柴油，与柴油的互溶性较差。醇类的十六烷值很低，着火性能差，使醇类用于柴油机燃料比用于汽油机燃料困难。柴油机采用预混一喷油法，在进气管上装一个甲醇引入器，是带相互联动的双节气门结构。节气门1用来控制甲醇混合气的引入量，节气门2用来控制附加进气管的空气量。当一个开大时另一个关小。,101,工作中，从甲醇引入器进入进气管的甲醇迅速雾化、蒸发并与空气混合，压缩接近终了时，柴油喷入汽缸，引燃甲醇空气混合气。怠速小负荷运转时，节气门1关闭，不引入甲醇。同时节气门2开启，引入空气，发动机仅靠柴油运转。当负荷增加时，节气门2逐渐关小，节气门1逐渐开启，甲醇被吸出并与空气混合，在压缩接近终了时被喷入汽缸的柴油点燃；当节气门2完全关闭时，节气门1全开，甲醇掺烧量最大，最大代用率可达50。,102,五、醇类燃料发动机性能评价,103,一、氢燃料汽车概述氢气在常温常压下为无色、无味、无毒的气体。氢是是地球上储量最丰富的资源，最常见的是水和有机物。氢燃烧后又生产水，是取之不尽用之不竭的清洁能源。,第四节氢气汽车,104,105,106,氢的主要特点：,1、氢质量最轻，标准状态下的密度为0.08998sL，为空气的1/14.5。2、氢的沸点为-253，常温常压下为气体，携带性和安全性差。3、氢在大气中的扩散系数为0.63cm3s约为汽油的8倍，形成可燃混合气快，分配均匀，4、氢极易点燃，最小点火能量只有汽油的1/3，火焰传播速度比汽油高，容易实现稀薄燃烧；5、氢的自燃温度比汽油高，达850K，高于柴油的620K和汽油的770K。辛烷值高，允许有较高的压缩比。燃氢时热效率较高，燃料消耗率较低。,107,6、氢的低热值高，是汽油的2.7倍。但单位体积的发热量只有汽油的1/20。质量理论混合气的热值最大，为34.48，但密度太小仅为空气的114.5，容积理论混合气热值反而最小，为3.17MJm3，所以动力性较差。7、氢燃料中不含碳元素，不排放CO、HC及硫化物。燃烧后生成H20，而没有CO2，NOx高于汽油机。8、储存不便。气态储存密度低，续驶里程短。液态储存要求-253的超低温，成本很高，且储存中每天因蒸发损失3。,108,二、氢的制取与储存,(一)氢的制取电解水制氢是较成熟的方法，将太阳能转化成电能，再用电能电解水制氢。随着太阳能电池转换效率的提高，成本的降低及使用寿命的延长，用于制氢的前景较好。利用热化学循环分解水制氢。纯水的分解需要780的温度。利用核反应堆的高温来分解水制氢。高温石墨反应堆的温度已高于900，而太阳炉的温度可达1200，这将有利于热化学循环分解水工艺的发展。氢还可以从煤、石油、天然气中制取。,109,(二)、氢的储存传统存储方法：压缩储存、液态储存、金属化合物储氢等。压缩储氢是将气体压缩到20MPa，或冷却到液化低温(约253)下。新储氢方法：1、低温吸附方法：将气体冷却至-196达到液氮温度，以减小体积。再将低温气体压缩到7MPa，使氢吸附到活性炭的表面。2、金属氢化物的分解：在金属氢化物中，金属原子与含有数个氢原子的基团以较弱的离子键结合在一起，储存氢。3、储氢箱：箱体由两层隔热钢板制成，中间抽真空，液态氢充入储氢箱内。炎热季节箱内液态氢受热蒸发，当箱内氢气压力超过0.45MPa时，打开安全阀排入大气。这虽安全，但每天损失氢气2%3%。4、纳米碳素纤维储存氢：储存器内装有碳素纤维毛细管（直径为十亿分之一毫米），氢气充入毛细管，氢原子就与碳原子“化合”在一起，把氢气存起来。当给储存器加热，氢气可放出来。,110,三、氢气汽车的类型及应用,氢气汽车的分类,按储存的压力和形态,按混合气形成方式,压缩氢汽车氢气以20-25MPa的压力储存于高压气瓶中。工作时经降压、计量和混合后进人汽缸，或直接喷入汽缸。,液化氢汽车以液态储存氢的氢，工作时液态氢经升温、降压和计量后直接喷入汽缸，或机外混合后进入汽缸。,吸附氢汽车以金属氢化物储存氢，工作时，储存于金属氢化物中的氢释放出来直接喷入汽缸，或机外与空气混合后进人汽缸。,预混将氢气与空气经混合器混合后进入汽缸；,缸内直喷氢气通过喷氢器被直接喷人汽缸，在汽缸内完成与空气的混合。,（一）氢气汽车的分类,111,（二）气态氢燃料在汽车上的应用,采用进气管混合：氢在进气管