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文档简介
1、汽车节能技术Automobile Energy Density Technology第三章第三章 替代能源汽车替代能源汽车 中国石油替代能源发展概述中国石油替代能源发展概述能源问题成为中国乃至世界经济生活中关注率最高的问题,尤其石油是不可再生的战略资源,是现代经济社会赖以正常运转的血液,除了对石油资源大力开源节流外,寻找替代能源也是极其重要的发展方向。 2005年中国公布的节能中长期专项规划提出了十大重点节能工程,其中节约和替代石油工程就包括以煤化工、天然气化工、生物质化工产品替代石油化工产品;发展混合动力汽车、燃气汽车、醇类燃料汽车、燃料电池汽车、太阳能汽车等清洁汽车;醇醚类燃料及煤炭液化技
2、术的示范及醇类燃料的推广等内容。 3.1液化石油气(LPG)汽车 以天然气和液化石油气(LPG)代替汽油作汽车动力燃料,在当今已是必然的趋势。 首先,这是社会经济持续发展的需要,要保持经济持续发展,必须同时保护生态环境。于是人们立刻注意到汽车所造成的空气污染的严重性. 第二、汽油等石油产品作为传统的汽车动力燃料,面临着随石油资源危机而枯竭的威协。 天然气和LPG汽车有如下优点1尾气排放中不含铅和苯,硫含量极微、与汽油相比,HC减少6070,CO减少8090,NOx减少3040,CO2少2030,噪音降低40,大大减轻了对环境的污染,故当之不愧地被称为“洁净能量”,天然气和L PG汽车的推广应用
3、被称为“绿色革命”。2抗爆震性好,辛烷值达103一11O,远高于汽油,有利于增大燃气压缩比,提高发动机的动力性能。3燃料以气态进人气缸,燃烧较充分,热效率高,积炭少,这使发动机的大修期延长3040,使润滑油更换周期延长50,降低了维护费用和运行成本。4采取了多项有效的的技术措施和设施,使燃气在完全密闭的系统中运行,比汽油安全、如LPG汽车从投入使用至今未见爆炸记录。5比使用汽油便宜,具体经济指标须视当地天然气或LPG供应价与汽油价格之差而定,以LPG为例。大体上说,可使汽车用户省1015的燃料费 双燃料汽车双燃料汽车LPG系统的结构与维修系统的结构与维修 液化石油气(Liquefied Pet
4、roleum Gas简称LPG)主要成分是丙烷(G3H8)和丁烷(G4H10)。在常温常压下LPG为气态,只需稍加压或冷却就能变成液体。由于12具有较高的辛烷值,因此是一种理想的车用燃料。 双燃料汽车是在保留原车燃油系统情况下,加装一套LPG供给系统,在使用过程中根据需要可在汽油和LPG之间自由转换。汽车燃用LPG与燃用汽油时一样,驾驶员只需操纵油门踏板,就能改变发动机的工况,适应汽车行驶性能的要求。 1.LPG系统组成及工作原理系统组成及工作原理 1.1LPG系统主要组成及工作原理系统主要组成及工作原理该系统由储气罐、蒸发调压器、汽油电磁阀、LPG电磁阀、功率调节阀、混合器、燃料转换开关、控
5、制电路等组成。当燃料转换开关拨到LPG位置时,汽油电磁阀断电(切断汽油供给),LPG电磁阀通电。LPG液体从储气罐出来,经过LPG电磁阀到达蒸发调压器,经过降压、汽化变为接近大气压的气体。LPG气体流经功率调节阀到混合器,在混合器中与空气充分混合,根据发动机的工况向进气道供应一定量的LPG气体。 LPG单燃料多点喷射系统 1.2储气罐储气罐 储气罐安装在车尾部的行李舱内,其作用是储存LPG,上面安装了集成阀,用于保证储气罐和整套系统的安全使用。 集成阀各部分的作用如下:集成阀各部分的作用如下: 充装单向阀:在充加LPG时,LPG的压力克服弹簧力打开单向阀,停止充加时,单向阀在回位弹簧作用下自动
6、关闭,起到防止LPG回流的作用;限充阀:充加LPG时,限充浮子随着LPG液面增加逐渐上浮,当储气罐内LPG达到设定的液面高度(约75%-80%)时,限充阀关闭,限制LPG继续充装,从而提供了由于温度升高所必需的LPG的膨胀空间; 液位传感器:用于感知储气罐内的液面高度,并将液面信号传到驾驶室内的油量表; 安全释放阀:安全释放阀:当储气罐内压力超过设定的安全极限压力时,安全阀自动打开释放LPG,当压力下降到设定的下限压力时,又自动关闭,防止因压力过高而发生安全事故。 超流量截止阀:超流量截止阀:安装在出液口处,当LPG管道破裂,产生大量泄露(流量超过215ml/s)时,关闭输气通道,只有阀芯中间
7、小孔有3.3ml/s的液体流出。 手动关闭阀:手动关闭阀:紧急情况下,手动关闭从出液口流向输气管道的液体。1.3 LPG系统管路控制电磁阀系统管路控制电磁阀 1.液化气切断电磁阀(带过滤)汽车启用液化气时,开启气路;汽车启用汽油时,切断气路。阀内带有过滤器,保证介质清洁。2.油路切断电磁阀(兼手动)汽车启用液化气时,切断油路。汽车启用汽油时,开启油路。3.液化气安全切断电磁阀装在组合阀上,在汽车停车、修理或特殊情况下,快速切断液化气管路,起安全保护作用。4.液化气起动电磁阀装在减压调压器上,起动发动机时,打开电磁阀补给液化气点火,发动机起动后,关闭电磁阀。 1.4蒸发调动器蒸发调动器 蒸发调压
8、器(又称调压器,汽化器),其作用是将来自储气罐的LPG经过减压,汽化后,以一定压力供给混合器。为加速汽化,采用发动机的循环冷却水进行加热。 蒸发调压器上安装有一个起动(怠速)电磁阀,当打开点火开关时,起动(怠速)电磁阀被接通,电磁线圈产生的磁力克服怠速弹簧的张力把怠速针阀吸离阀座,怠速所需的LPG便进入发动机气缸。1.4 减压器减压器 3.2天然气天然气(CNG)汽车汽车 (1)系统介绍天然气通过气瓶阀门流出气瓶,并通过高压管流向发动机舱,该高压管也与充气系统相连接.发动机舱内安装有减压装置,天然气的压力通过该调节器可以从220bar降至发动机供应压力.天然气从减压装置流向天然气喷气阀, 根据
9、发动机的需要(由实际发动机工况确定).发动机电控单元通过电信号控制喷气阀的天然气流量,以保证在动力性,经济性和排放方面的最佳空燃比. 只有当发动机正在油气运转且转换开关处于燃气位置时,高压电磁阀才允许气体流通. 燃料转换开关让使用者随时选择需要的燃料,它还可以显示气瓶中天然气的存量.在以燃气为燃料时,汽油电磁阀将切断汽油供给,而在使用汽油时,高压电磁阀切断天然气供给. (2)系统配置 1. 油气转换开关 2. 天然气减压器 3. 点火提前器 4. 喷气阀总成 5. 充气阀 6. 压力表 7. 低压燃气滤清器 8. 安装附件 天然气减压器用于降低天然气压力,能够在发动机需要时提供正常的气体流量.
10、 该系统包括内有一个减压舱,无论压力高低都能保持稳定,减压器前端装有高压电磁阀. 减压器在减压过程中吸收发动机循环水的热量,以防止天然气在减压过程中发生冻结.技术参数:减压阀类型: 一级, 正压控制最低怠速用途:适用于多种发动机(催化转换型,电喷型)燃料类型:CNG(压缩天然气)加温:发动机冷却液加温检验压力:300bar进口压力:220bar调节压力:1.5bar电源:12VDC高压电磁阀线圈功率:20W 该电控装置的主要作用为:该电控装置的主要作用为:两档气/油选择, 并显示所用燃料类型;汽油启动并自动转换为天然气;有5个LED显示储罐中气量;电子安全装置,当发动机熄火时关闭天然气高压电磁
11、阀。喷气阀总成是供气系统中的关键部件,它接受来自ECU的电控信号,精确计量进入发动机缸内的天然气量, 其四个电磁阀分别控制发动机相应的四个缸, 保证每个缸最佳的空/燃比.当以天然气为燃料时,该装置改变汽车原有的点火提前角,并对原点火提前时间进行储存. 当以汽油为燃料时. 改变天然气为燃料时的点火提前角. 由于天然气辛烷值和燃料性能均优于汽油,提前点火时间可以改善发动机的性能.该装置采用高级滤纸,能过滤掉天然气中的粉尘等杂质,对喷气阀和发动机有保护作用. 3.3 醇类燃料汽车汽车与人汽车与人“争口粮争口粮” 两部委叫停乙醇燃两部委叫停乙醇燃料料一面是粮食涨价,一面是以玉米、小麦等粮食为加工原料的
12、燃料乙醇项目纷纷上马,汽车要与人“争口粮”,这让国家两大部委倍感焦虑。日前,国家发改委、财政部共同下发了关于加强生物燃料乙醇项目建设管理,促进产业健康发展的通知,要求立即暂停核准和备案玉米加工项目,并对在建和拟建项目进行全面清理。 全球燃料乙醇需求不断扩大,中国燃料乙醇价格也在水涨船高。更重要的是,作为中国汽车新能源战略发展方向之一,国家给予了制造燃料乙醇企业相当大的优惠政策:例如生产一吨燃料乙醇补贴1000元左右;对燃料乙醇生产企业免征5%的消费税;对生产燃料乙醇的增值税实行先征后返。 此外国家还将根据相关政策优先供给陈化粮,在结算时保证乙醇厂每吨燃料乙醇有100元左右的利润等。之所以对乙醇
13、生产企业进行补贴,是因为国家规定车用乙醇汽油必须与同标号的普通汽油“同升同价”,目前燃料乙醇生产成本高达每吨4000多元,而卖给石化企业每吨价格不到3000元,中间差价必须有人来埋单,而政策部门也认可这是成长的代价。然而,超过千万吨的产能已远远高出目前乙醇汽油推广的需求。据统计,2005年我国汽油消费量约为3500万吨,按照在汽油中添加10%的燃料酒精计算,那么汽车用燃料仅需要消耗350万吨的酒精。而目前,我国仅在黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽5省及湖北、河北、山东、江苏部分地区进行了乙醇汽油的试点推广,需求量仅为100多万吨。燃料乙醇燃料乙醇的施用实施有两种方法。其一是以乙醇为汽油的“含氧添
14、加剂”(oxygenate additive)。这是美国施用燃料乙醇的基本方法。通常这种无铅汽油含约百分之十的乙醇,因为水油(汽油)不容,这里所用的乙醇当是“无水乙醇”。另一种方法施用乙醇是用乙醇代替汽油,这是二十年前在巴西普遍采用的方法。这方面的工艺也十分成熟。燃料乙醇是替代燃料之一,与普通汽油相比,以其燃烧更完全、CO排放量较低、燃烧性能与汽油相似等优良特性,被称为21世纪“绿色能源”。目前,世界各国都加快了燃料乙醇推广应用的步伐。乙醇燃料发展的主要技术问题乙醇燃料发展的主要技术问题乙醇燃料在车用发动机应用技术上是完全可行的,乙醇的辛烷值比汽油高,并且着火燃烧浓度极限比汽油的相应范围宽的多
15、,乙醇中含氧,汽油中添加一定比例的乙醇后,不仅能部分替代汽油,还可以改善燃烧,降低有害排放。乙醇的基本物化性质分子量 46.069 体积热值MJ.L-1 21.26含氢量% 0.1313 摩尔热值kJ.mol-1 2.67含氧量 0.3473 着火温度 434含碳量% 0.5214 与空气混合着火界限 6.036.5密度(20)kg.L-1 0.7893 辛烷值(MON) 9094液态粘度(20)MPa.s 1.200 辛烷值(RON) 100112气态粘度(300)MPa.s 0.166 十六烷值 8液态比热容kJ.(kg.K)-1 2.342 理论空燃比A/F(kg.kg-1) 8.45汽
16、化热kJ.kg-1 854 沸点 78.4凝点 -117.3 理论分子变更系数 1.0653低热值MJ.kg-1 26.778 最小点火能量MJ 0.63乙醇的密度略大于汽油,而低于柴油;其汽化潜热明显高于汽油和柴油的汽化热。在粘度方面,乙醇的粘度大于汽油而低于柴油,这对于喷射的雾化是十分有利的,用乙醇作为柴油机的燃料可以获得良好的雾化效果,降低缸内最高温度,使燃烧更充分,热效率更高。乙醇的低热值相当于汽油的60.9%,相当于柴油的62.8,但从相对能耗的角度看,单位低热值的热效率并不比汽油和柴油低。现代汽油机常用直接喷油法,乙醇可以通过与汽油混合形成乙醇汽油,由现有的喷油器直接喷入进气支管或
17、气缸,这样可以更好的使汽油和乙醇混合,而且更好控制燃烧,调节喷醇量和喷醇时间。目前,在汽油机上使用乙醇的技术已经比较成熟,关键是需要国家产业政策的支持,使消费者和制造商都从中获益,创造适合其市场化的条件。 3.4二甲醚汽车二甲醚汽车二甲醚是一种基本化工原料,常温下为无色无毒气体,加压5个大气压以上可压缩为液 体。近年来,由于石油价格不断飙升,而生产二甲醚的甲醇可用煤为原料制得,因此二甲醚作为煤基燃料替代石油产品已成为热点。我国能源贫油少气多煤的国情,更为二甲醚用于清洁燃料开辟了巨大的市场前景。 目前我国已有山东,云南,内蒙古,四川等省生产二甲醚,大规模生产时二甲醚的生产成本低于柴油的成本。由于
18、DME燃料的卓越性能,二甲醚清洁燃料发动机技术已引起西方发达国家的高度重视,欧美、日韩等国家十分看好二甲醚燃料汽车市场前景和环保效益,纷纷开展二甲醚燃料发动机与汽车的研发。 我国首台高速二甲醚汽车在西安交大通过验收 欧洲VOLVO汽车公司研制出了燃用二甲醚燃料客车样车,日本也研制成功二甲醚燃料卡车和城市客车样车。全国清洁汽车行动领导小组办公室专家组在对二甲醚中巴车评审后,认为该车起动容易,运行自如;在城市繁忙路段频繁加减速、换档自如;崎岖不平路面行驶稳定,爬坡性能良好,未出现熄火和气阻现象;最高时速达到120km/h;尾气排放为零。 据专家介绍,二甲醚用作车用燃料可以很好地替代柴油工作于压燃式发动机。研究表明,与柴油发动机相比,二甲醚发动机优势明显,其功率比柴油机高10%15%,热效率比柴油机高23个百分点,噪声比柴油机低1015分贝。更大的优势是,它能实现无烟燃烧、超低排放,能满足欧甚至欧排放标准和美国的加州超低排放(ULEV)标准。2005年,上海交大、上汽集团和华谊集团成功研制出我国第一台以二甲醚为燃料的城市客车。这台客车一次加注燃料后可行驶300公里。据悉,2006年,上海已经把二甲醚汽车产业化列为清洁燃料汽车攻关
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