第七讲代用燃料及电动汽车

1、第七讲代用燃料及电动汽车 天然气是使用最早、最广泛的一种代用燃料，其使用方式有：1）压缩天然气CNG（Compressed Natural Gas）2）液化天然气LNG（Liquefied Natural Gas）3）吸附天然气ANG（Adsorbed Natural Gas）4）天然气水合物NGH（ Natural Gas Hydrate） 从代用燃料到清洁燃料“可燃冰”岩芯样品释放的气体可直接点燃。 到目前为止，全世界在用的天然气汽车已超过200万辆： 天然气汽车较多的国家主要是阿根廷、意大利和巴基斯坦等，而美国是天然气加气站最多的国家，约82辆天然气汽车就有一个加气站。 在我国，北京、上

2、海、天津、重庆等12个示范城市天然气汽车保有量已达5.7万辆，已建成天然气加气站233座。 天然气的主要成分是甲烷，随产地不同，甲烷的含量为8399，其理论混合比和发热量也有差异。 天然气的研究法辛烷值为130，十六烷值为零，所以只能点燃不能压燃。 CO、HC和炭烟排出量较少， CO2排出量也较少，未燃HC产生光化学烟雾的可能性小。 1996年，中国石油天然气总公司发布的汽车用天然气技术要求：1.为确保天然气的使用安全，压缩天然气应有特殊气味，必要时加入适量加臭剂，保证天然气的浓度在空气中达到爆炸下限的20前能被察觉；2.气体体积为在101.325kPa、20状态下的体积。 根据汽车携带天然气

3、的方式不同划分：略。 根据汽车使用的燃料种类多少划分：1）单燃料天然气汽车（Natural Gas Dedicated Vehicle）2）两用（灵活）燃料天然气汽车（Fuel Flexible Vehicle）3）双燃料天然气汽车（Dual Fuel Vehicle） 专用的天然气发动机都具有较高的压缩比，并且采用燃料喷射系统和特制的天然气用催化净化器。5SFNE天然气发动机的主要参数： 如图所示，丰田公司开发的5SFNE型天然气发动机燃料供给系统示意图：燃气供给方式及其比较：FU6天然气发动机的主要参数： 如图所示，日产公司开发的FU6型天然气发动机： 如图所示，两用燃料发动机是指在汽油机

4、的基础上，保留原有的汽油供给系统，另外再添加一套气体燃料供给系统，工作时只能使用一种燃料，即要么使用汽油燃料，要么使用气体燃料。 储气系统包括充气装置、储气瓶、气压显示装置和手动截止阀等。燃气供给系统包括天然气过滤器、减压调节器（简称调压器）、混合器、低压软管及循环水软管等。燃料转换系统包括燃料转换开关、天然气截止阀和汽油截止阀等。 如图所示，双燃料发动机是指在柴油机的基础上，保留原有的柴油供给系统，另外再添加一套气体燃料供给系统，工作时同时使用两种燃料，即用喷入气缸的少量柴油经压燃后引燃气缸内的气体燃料。 LNG的密度大约比CNG气高3倍，可弥补CNG能量密度低、续航里程短及在高压状态下搬运

5、会导致燃料容器的体积增大等缺点。 目前，开发具有良好绝缘性能和成本低的燃料箱，难度较大，离实用化还较远。 液化天然气汽车主要有两类，即自然吸入方式和强制供给方式。 利用装在LNG燃料箱上的供给泵，将LNG呈液体状态吸入，根据负荷大小，由供给泵供给必要的液化天然气。 天然气发动机的工作噪声小、排放性能好，具有良好的应用前景。 但是，直接改装的两用燃料发动机将会导致汽车动力性大幅度下降。 一汽集团开发研制的天然气、汽油和液化石油气发动机的主要性能指标的比较： 如图所示，492QC发动机燃用天然气和汽油时的转矩和功率曲线： 天然气是一种清洁燃料，其排放性能的改善幅度是随着天然气汽车的排放系统和天然气

6、汽车的结构类型的不同而改变。 如图所示，按照美国联邦的试验规范FTP测试的排放结果： 如图所示，按照日本G1015模式对小型乘用天然气汽车的排放性能测试的结果： 如图所示，为重型车用柴油机D-13模式和重型车用汽油机G-13模式的测试结果： 如图所示，为天然气汽车与汽油车排放性能的比较试验结果： 如图所示，是带有三效催化转化器的闭环排放控制系统示意图： 液化石油气汽车就是以液化石油气为主要燃料的汽车，简称LPG汽车。 与常规燃料相比，具有燃烧完全、积炭少、排放污染低等优点，称为“清洁燃料”。 液化石油气的来源有油田和石化厂两个途径。 LPG是以含三个或四个炭原子的烃类为主的一种混合物，下表是我

7、国几个产地的LPG的成分： 中国石油天然气总公司制定的车用液化石油气质量要求： LPG存储方式最常见的是罐储，根据储存的温度、压力不同，可分为三种形式：1）常温压力2）低温压力3）低温常压 还可以将LPG做成砖形固体，在露天或仓库中堆放存储。根据汽车使用的燃料种类多少划分：1）单燃料液化石油气汽车2）两用（灵活）燃料液化石油气汽车3）双燃料液化石油气汽车 发动机的燃料供给系统专为燃用LPG而设计，可以充分发挥LPG的优点，使用性能最佳。 如图所示，两用燃料液化石油气汽车大部分是在汽油机的基础改装而成的： 是在柴油机的基础上加装LPG供给系统改装而成，柴油供给系统仅向气缸内喷入少量柴油，用于引燃

8、LPG与空气的混合气而实现燃烧，对外做功。 如图所示，是太阳能汽车的基本结构：如图所示，是太阳能汽车的工作原理： 太阳能电池的类型可分为多晶硅和单体硅，近年来单晶硅越来越成为主流。 太阳能电池的光电转换效率是关键问题，目前的转换效率在1423范围内。 电动汽车是以电力作为能源、由电动机驱动的汽车。 在外形上，电动汽车与传统汽车并无显著区别，其主要区别在于动力和驱动系统。 如果一辆汽车同时采用电动机和发动机作为动力系统，就构成了混合动力汽车。 从环境保护角度看，电动汽车有如下特点：1）电动汽车在行驶中不排放任何有害气体；2）电动汽车消耗的电能有多种来源。 目前，阻碍电动汽车普及应用的主要问题：1

9、）电池性能不能满足要求；2）制造成本过高。 如图所示，电动汽车由电力驱动系统、主能源系统和辅助控制系统三个子系统构成： 混合动力电动汽车在一辆汽车上同时配备电力驱动系统和辅助动力单元，其中辅助动力单元是燃烧某种燃料的原动机或由原动机驱动的发电机组。 混合动力电动汽车将原动机、电动机、能量储存装置按某种方式组合在一起，有串联式、并联式和混联式三种布置形式。 如图所示，串联式混合动力系统的工作原理： 即发动机带动发电机发电，其电能通过电动机控制器直接输送到电动机，再由电动机产生电磁力矩驱动汽车。 如图所示，并联式混合动力系统的工作原理： 即发动机通过机械传动装置与驱动桥连接，电动机通过动力复合装置

10、也与驱动桥相连，汽车可由发动机和电动机共同驱动或各自单独驱动。 如图所示，混联式混合动力系统的工作原理： 即发动机发出的功率一部分通过机械传动装置输送给驱动桥，另一部分则驱动发电机发电；电动机产生的驱动力通过动力复合装置传送给驱动桥；根据行驶工况灵活采取串联方式或并联方式工作。 燃料电池（Fule cell）是一种将燃料氧化的化学能直接转换为电能的“发电装置”。 虽然习惯上称为燃料“电池”，但其与一般的化学电池是完全不同的工作原理。 燃料电池汽车的工作原理是：燃料中的氢在汽车搭载的燃料电池中与氧发生化学反应，产生电能驱动电动机，进而驱动汽车行驶。 燃料电池能够使用多种燃料，可以是石油燃料也可以是有机燃料，并可使用包括再生燃料在内的几乎所有的含氢元素的燃料。 主要有氢气、甲醇、天然气和汽油。 燃料电池是由含催化剂的阳极、阴极和离子导电的电解质构成。燃料在