新能源汽车概论（微课版）课件 学习任务3-3 代用液体燃料汽车

项目三

其他新能源汽车相关学习任务学习任务9燃料电池汽车学习任务10气体燃料汽车学习任务11代用液体燃料汽车学习任务12其他清洁能源汽车学习任务3-3代用液体燃料汽车【任务引入】汽车的液体代用燃料主要有煤制液体燃料和生物燃料两大类。目前实际应用于汽车的煤制液体燃料主要是甲醇；生物燃料包括乙醇和生物柴油。以甲醇作为发动机燃料的汽车称为甲醇汽车，以乙醇作为发动机燃料的汽车称为乙醇汽车，以生物柴油作为发动机燃料的汽车称为生物柴油汽车。本学习任务主要学习甲醇混合燃料、乙醇混合燃料和生物柴油的特点及相应汽车发动机（整车）的特点。学习任务3-3代用液体燃料汽车主要学习内容相关知识学习一、甲醇汽车二、乙醇汽车三、生物柴油汽车学习任务3-3代用液体燃料汽车【学习目标】1.能够正确描述甲醇燃料的特性。2.能够正确描述甲醇燃料对发动机结构及其性能的影响。3.能够正确描述甲醇燃料的特点及应对措施。4.能够正确描述乙醇的特点及其作为燃料的优势。5.能够正确描述汽油机改用乙醇燃料后，发动机结构方面需要做一些变动和改进。6.能够正确描述生物柴油的优缺点。学习任务3-3代用液体燃料汽车相关知识学习一、甲醇汽车二、乙醇汽车三、生物柴油汽车一、甲醇汽车1.甲醇特性甲醇是一种无色、透明、易燃、易挥发的有毒液体，略有酒精气味，可混合溶于水、醇、醚等多种有机溶剂，遇热、明火或氧化剂易燃烧。甲醇可单独作为汽车燃料，也可与汽油或柴油混合作为混合燃料。一、甲醇汽车2.甲醇燃料根据甲醇与汽油掺混的比例不同，甲醇燃料有低比例掺混、中比例掺混、高比例掺混、和全甲醇燃料。低比例掺混甲醇燃料的甲醇掺混比例小于15%，包括M3、M5、M10和M15四种。中比例掺混甲醇燃料的甲醇掺混比例在30%～50%之间，包括M30、M40和M50三种。高比例掺混甲醇燃料的甲醇掺混比例为85%，即M85甲醇燃料。全甲醇燃料为100%纯甲醇。一、甲醇汽车3.甲醇燃料对甲醇汽车的影响1）对发动机结构的影响使用低中比例甲醇燃料不需要改变发动机的结构，但是甲醇特性与汽油机不适应，需要改变甲醇的特性变成燃料甲醇，使之可与汽油搭配使用。全甲醇汽车需要对发动机进行重新设计制造。一、甲醇汽车2）对汽车性能的有利影响一、甲醇汽车2）对汽车性能的影响由于甲醇与汽油的理化性质与燃烧特性的一些不同，相比传统汽油汽车带来一些有利的变化和改进，主要是降低排放和提高发动机热效率。（1）降低排放。甲醇是含氧燃料且其含碳量比汽油低。（2）提高发动机热效率。辛烷值比汽油高、汽化热比汽油高、燃烧速度快、着火燃烧浓度界限比汽油的相应范围宽。一、甲醇汽车3）甲醇燃料的缺点及应对措施（1）腐蚀性甲醇以及甲醇燃烧反应过程中产生的甲醛、甲酸、大量水蒸气等均对金属表面有腐蚀性。应对措施：通过添加抗腐蚀的化学药剂。改变发动机的机件材质和热处理工艺。开发新型的橡胶材料或对现有的胶种进行改进。一、甲醇汽车（2）溶胀性甲醇是一种良好的极性溶剂，汽油是一种良好的非极性溶剂，它们对发动机的弹性胶体、密封件等有不同程度的溶胀作用。解决甲醇汽油溶胀性的办法有两种：一是改用不被甲醇腐蚀的氟橡胶；二是在燃油中添加溶胀抑制剂。一、甲醇汽车（3）冷起动性甲醇的初沸点比汽油高，甲醇的汽化潜热是汽油的2倍多，甲醇在进气管道内汽化时要吸收大量的热，使进气管温度降低，造成甲醇汽化困难。改进措施：加大供油量，但同时也会增加发动机的磨损及排放。调整空燃比，减少空气量。在喷油器前或进气道合适的位置加装水温控制型的空气或混合气的加热器。安装电加热火花塞及电热塞。一、甲醇汽车（4）尾气排放性甲醇燃烧反应过程中产生甲醛、甲酸等化合物作为非常规排放的污染物比汽油燃烧排放量要多。改时措施：用专用催化器。（5）互溶性甲醇和汽油的互溶性差，特别是含有少量水分时，分层现象更为严重。改时措施：当采用低比例甲醇掺烧时，可以用加入添加剂的办法解决。一、甲醇汽车（6）溶水性甲醇极性很强，与水可以无限互溶，水分对甲醇汽油的稳定性影响很大，水分的存在会使甲醇与汽油的临界互溶温度提高，甚至在某些情况下从空气中吸收的水分，也会导致稳定均一的甲醇汽油重新分层。改善措施：添加助溶剂。（7）高温气阻性甲醇沸程单一(64.8℃)，大量加入后，甲醇汽油馏程严重偏离原汽油原馏程曲线。改进措施：添加抗阻沉积剂。一、甲醇汽车4.甲醇发动机的结构特点1）提高压缩比汽油机在使用甲醇燃料时，其压缩比可进一步提高，因为甲醇燃料辛烷值高、抗爆燃性好。2）改善燃油分配均匀性及供油特性甲醇的容积耗量在功率相等时比汽油大一倍多，因此选用甲醇燃料时，采用喷油器的汽车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。采用使各缸进气管长度及阻力尽可能一致，混合气进行预热等措施，会改善混合气的形成及均匀分配。一、甲醇汽车3）混合气空燃比的调整醇燃料混合气的可燃界限范围宽，通常汽油机改用醇燃料后会提高压缩比，提高了缸内气流运动速度及压缩行程终点的缸内温度，这都有可能使用更稀的混合气。因此汽油机改用甲醇燃料后，都需要调整混合气空燃比，使用更稀的混合气工作。一、甲醇汽车4）火花塞及点火时间的选择甲醇容易因炽热表面引起着火，最大火花塞温度也低于汽油机的火花塞温度，所以需要较冷型火花塞。尽管甲醇的着火界限宽，但是由于汽化潜热大，蒸汽压低及各缸间混合气较大的不均匀性，在发动机较冷的状态下，难以稳定着火。可能改善的措施包括：增加点火能量、延长点火时间、采用多电极及电极局部侧面有屏障的特种火花塞等。一、甲醇汽车5.典型甲醇汽车1）华普海锋甲醇轿车海锋甲醇动力轿车动力明显优于同排量汽油发动机，且比同排量汽油机燃料消耗节省40％以上。可使用M100或汽油。一、甲醇汽车2）奇瑞旗云甲醇汽车可使用甲醇和汽油双燃料。一、甲醇汽车3）安凯HFF6104GK39汽油/甲醇双燃料城市公交客车该车配备CA6102N1双燃料发动机。二、乙醇汽车将乙醇掺入汽油可以作为车用燃料，常规使用的是E85燃料（乙醇含量约为85%）。既可以使用此种乙醇燃料又可以使用常规汽油的汽车，通常也称为灵活燃料汽车(FFV)。燃料乙醇是一种绿色可再生资源，随着科学技术的发展，粮食和各种植物纤维都可以加工生产出燃料乙醇，燃料乙醇的原料来源相当丰富，而且可以循环再生。二、乙醇汽车1.乙醇的特点乙醇是无色、透明、具有特殊香味的易挥发液体，密度比水小，能跟水以任意比互溶。①热值低，存在自供氧效应，CO和HC排放量明显小于汽油，但NOX排放量与汽油相当。②辛烷值高。③十六烷值低。乙醇的着火性差，在压燃式发动机中采用乙醇燃料要困难得多。二、乙醇汽车1.乙醇的特点④沸点低。但缺少高挥发性成分，对发动机冷起动不利。⑤汽化潜热高。乙醇的汽化潜热是汽油的3倍，发动机冷起动不利，但可提高充气效率。⑥着火极限宽。能在较稀薄混合气状况下工作。另外，乙醇的理化性质较接近汽油，又容易与汽油混溶。生产乙醇的原料及资源非常丰富。二、乙醇汽车2.乙醇燃料发动机的结构调整与甲醇燃料发动机类似：（1）提高压缩比。（2）改善燃油分配均匀性及供油特性。（3）调整混合气空燃比。（4）调整点火提前角。（5）进气预热以改善冷起动性能。二、乙醇汽车3.典型车型1）通用汽车公司美国通用汽车公司旗下有多款可以使用E85燃料的发动机，涵盖四缸、六缸和八缸系列，排量从2.4L到6.0L，其应用的品牌涵盖了通用汽车旗下所有的品牌系列，如雪佛兰、别克、卡迪拉克和GMC。二、乙醇汽车2）福特汽车公司美国福特汽车公司开发了多款发动机可以燃烧E85燃料，如2013款福特福克斯轿车。二、乙醇汽车3）沃尔沃汽车沃尔沃3个系列(C30、S40、V50)的9种车型可以提供多种燃料车型。二、乙醇汽车4）奇瑞汽车奇瑞A5灵活燃料+CNG多燃料轿车是一款能混合燃烧乙醇、汽油、CNG气体燃料的清洁能源汽车。三、生物柴油汽车1.生物柴油的特点生物柴油(Bio-diesel)通常是指利用植物油、动物的油脂及废烹调油等作为原料，进行酯化反应而来，其性质与柴油很接近。生物柴油是含氧量极高的复杂有机成分的混合物，这些混合物主要是一些分子量大的有机物，几乎包括所有种类的含氧有机物。生物柴油是一种优质清洁柴油，可从各种生物质提炼，因此可以说是取之不尽、用之不竭的能源，在资源日益枯竭的今天，有望取代石油成为替代燃料。三、生物柴油汽车生物柴油具有以下优点：①生产工艺简单。②具有优良的环保特性。③低温起动性能好。④生物柴油的润滑性能比柴油好。⑤具有良好的安全性能。⑥具有优良的燃烧性能。⑦具有可再生性。⑧具有良好的经济性。⑨可调和性。三、生物柴油汽车目前在应用生物柴油作燃料时，主要存在如下问题：（1）价格尚高于常规柴油。（2）在大量生产时，还需要保证原料的供应。（3）使用生物柴油的发动机，尚需进一步优化，解决可能产生的新问题。三、生物柴油汽车2.生物柴油汽车概况由于使用生物柴油无需对原有柴油机进行较大调整，而且燃油本身良好的自润滑性能使其有利于降低磨损，相比于醚类和醇类代用燃料，有一定的优势。世界各国对生物柴油汽车的研究都得出了它能显著降低发动机污染物排放的结论。三、生物柴油汽车3.典型车型在生物柴油汽车研发方面，目前，世界各国基本上都是将低掺烧比的生物柴油应用于现行的柴油汽车，对