第4章-代用燃料汽车

第4章代用燃料汽车LOGOLOGO第4章代用燃料汽车知识点:（1）天然气汽车。（2）氢能发动机汽车。（3）甲醇混合燃料汽车。（4）乙醇混合燃料汽车。（5）生物柴油汽车。LOGO第4章代用燃料汽车4.1气体燃料汽车4.1.1天然气汽车4.1.2氢能发动机汽车4.2液体代用燃料汽车4.2.1甲醇混合燃料汽车4.2.2乙醇混合燃料汽车4.2.3生物柴油汽车总结LOGO4.1.1天然气汽车天然气在汽车上可以以液态形式存储，或者以气态压缩的形式存储。以液态形式存储是指在-162℃时，作为液化天然气(LNG)存储。以气态压缩的形式存储时，压缩天然气（CNG）的压力高达20MPa。由于存储液化天然气成本高，所以，一般都将天然气以压缩的形式存储。天然气的抗爆性极好(RON约为140)，从而可使用13：1的压缩比。LOGO4.1.1天然气汽车天然气用于点燃式发动机和柴油机驱动有以下优点：具有优异的燃烧特性和CO2、NOX、CO低排放特性。实际上，废气中不含颗粒物和含硫排放物。火花塞无积炭，减轻了机油的污染。天然气用于点燃式发动机和柴油机驱动有以下缺点：由于天然气的热值低，所以，发动机功率降低。天然气存储费用高。在同样的燃料箱容量的情况下，续驶里程缩短。LOGO4.1.1天然气汽车采用LNG的优点：（1）LNG的纯度很高。LNG燃料成分的单一性和一致性有利于发动机压缩比等设计参数的确定，避免了乙烷、丙烷等成分的爆燃对发动机及其部件造成的不良影响。（2）LNG的能量密度是CNG的3.5倍，这表明LNG储存效率更高，可以使车辆获得较长的行驶里程，或者说在相同行驶里程的情况下可以使车辆的总重量更轻，从而比使用CNG有更好的燃料经济性。同时储存效率高也使LNG更利于运输，扩大了LNG使用的地域范围。LOGO4.1.1天然气汽车采用LNG的优点：（3）LNG的储气瓶为具有绝热夹层的压力气瓶，储存温度为-162℃，储存压力稍高于1.0MPa，而CNG通常以20～25MPa的高压储存在高压气瓶中，因此使用LNG更安全。（4）使用LNG可以充分利用其低温特性降低混合气的温度，从而降低燃烧温度，提高发动机的热效率，同时降低NOx的排放。（5）使用LNG易于使发动机对负荷变化获得更好的响应性。LOGO4.1.1天然气汽车CNG汽车发动机历经了几代产品的演变和发展之后，呈现出如下发展趋势:燃料供给系统从机械式混合器发展到电子控制喷射系统；电喷系统由单点开环控制发展到闭环多点喷射控制系统；喷射方式从缸外预混合到复合供气、缸内直接喷射；燃料的使用从两用燃料、双燃料到单一燃料。LOGO4.1.1天然气汽车压缩天然气汽车工作原理LOGO4.1.1天然气汽车1.天然气发动机结构和工作原理1）CNG发动机系统原理LOGO4.1.1天然气汽车玉柴CNG增压发动机系统原理LOGO4.1.1天然气汽车玉柴ECIEPR系统增压LNG发动机工作原理LOGO4.1.1天然气汽车2)天然气发动机主要零部件作用和工作原理(1)高压燃料切断阀。作用：及时切断或恢复燃料供给。LOGO4.1.1天然气汽车（2）高压减压器。高压减压器通过压力膜片克服弹簧阻力，带动杠杆，调整节流孔的流通面积，从而控制减压后的天然气压力。通过节流和加热，使高压的压缩天然气减压至7～9Mpa的低压天然气。LOGO4.1.1天然气汽车（3）低压电磁阀部件。低压电磁阀由线圈驱动阀芯，由ECM控制其开合，停机状态下处于常闭状态，有及时切断或恢复燃料供给作用。LOGO4.1.1天然气汽车（4）电控调压器部件（EPR阀）。电控调压器内部有一控制芯片，该控制芯片接受来自ECM的控制指令，通过高速电磁阀控制天然气供气量，从而实时有效控制空燃比，可控制天然气喷射量。LOGO4.1.1天然气汽车（5）混合器部件。混合器将天然气和中冷后的空气充分混合，使燃烧更充分、柔和，有效降低NOx排放和排气温度。（6）电子节气门。电子节气门通过控制蝶阀的开度，控制进入缸内的混和气的量，从而控制发动机的转速和负荷。（7）点火线圈。点火线圈接收来自ECM点火指令，产生高电压并将高电压传递给火花塞，产生火花，点燃天然气。点火线圈能根据ECM指令控制点火时刻，使发动机实现低排放、低气耗。LOGO4.1.1天然气汽车（8）防喘振阀：防喘振阀是当发动机突然减速时，通过喘振阀通气软管将节气门后的低压压力传递到防喘振阀压力反馈接头上，打开喘振阀单向截止膜片，使增压器压气机前后压力平衡，避免增压器喘振，保护增压器LOGO4.1.1天然气汽车（9）火花塞。火花塞接收来自点火线圈的高电压，产生火花，点燃天然气。玉柴目前所使用的火花塞为NGK铂金和铱金火花塞两种，火花塞使用寿命一般为6～8万km。（10）废气旁通控制阀。废气旁通控制阀通过控制废气旁通控制阀的占空比，控制废气旁通控制阀的出口压力，从而控制发动机的增压压力。LOGO4.1.1天然气汽车（11）氧传感器。氧传感器检测排气中氧分子浓度，从而测量燃烧时的空燃比，ECM根据测量所得的空燃比修正燃气供给量。LOGO4.1.1天然气汽车（12）大气环境传感器。通过测量进气压力、温度、湿度，并根据所测得的湿度、压力来修正实际控制空燃比和天然气供给量，使发动机运行在最佳状态。LOGO4.1.1天然气汽车（13）进气压力温度传感器。通过测量中冷后的压力、温度，结合发动机转速、排量、充气效率，利用速度密度法即可计算出混合气流量。LOGO4.1.1天然气汽车（14）凸轮轴位置传感器。通过信号轮的触发信号，将第一缸活塞压缩上止点位置及时准确的传递给ECM同时有测量曲轴转速的功能，ECM根据触发信号及控制MAP来控制发动机的点火提前角、空然比、增压压力等等参数。LOGO4.1.1天然气汽车（15）水温传感器。水温传感器将发动机的冷却液温度信号及时准确的传递给ECM，ECM根据冷却液温度修正点火提前角、空然比及怠速车速等参数，同时在水温失控的情况下限制发动机的功率，从而保护发动机。（16）天然气温度传感器。天然气温度传感器实时测量电控调压器出口处的天然气温度，ECM根据测量到的温度、压力等参数以及所需要的目标空然比计算出需要提供给发动机的天然气供给量。LOGO4.1.1天然气汽车（17）电子油门踏板。驾驶者通过电子油门踏板驱动和控制发动机运行工况，反映驾驶者的实际动力需求。LOGO4.1.1天然气汽车（18）电子控制模块。电控CNG发动机管理核心，通过各种传感器监控发动机运行工况，并根据发动机运行工况和控制MAP控制各执行器，并且通过CAN总线与汽车各子系统通讯。LOGO4.1.1天然气汽车2.典型的天然气汽车1）一汽CA6100URN1城市客车CA6100URN1车型是一汽客车开发的一款天然气城市客车。该车型匹配CNG后置CA6SE1-21E4N型直列6缸、增压中冷电控天然气欧Ⅸ发动机，更加环保。LOGO4.1.1天然气汽车2.典型的天然气汽车2）东风雪铁龙新爱丽舍独有的后轮随动转向技术，是国内第一家燃气供给系统采用原厂流水线一体化设计制造非线外改装的CNG双燃料车。LOGO4.1.2氢能发动机汽车1.氢能发动机汽车基本结构原理氢气与石化燃料不同，其不含碳，而且燃烧之后生成的是水和少量的一氧化氮，而没有CO和HC，燃烧清洁，也不会产生造成温室效应的二氧化碳，符合减缓全球变暖的时代需求，所以它是一种清洁燃料。目前车用氢能主要有两种方案：一种燃料电池，它是通过氢的离子化转化成电能；另一种是氢内燃机，它通过氢的燃烧使化学能转化为机械能。LOGO4.1.2氢能发动机汽1）氢发动机的分类与工作原理氢发动机属于点燃式发动机，根据氢燃料储存的压力和形态分为压缩氢、液态氢和吸附氢三种。根据混合气形成方式不同可分为外部混合（预混式）、内部混合（缸内喷射式）和内外组合混合等几种方式。LOGO4.1.2氢能发动机汽2）关键零部件LOGO4.1.2氢能发动机汽2）关键零部件（1）液氢泵。LOGO4.1.2氢能发动机汽2）关键零部件（2）喷氢器。LOGO4.1.2氢能发动机汽2.典型车型1）宝马（1）7系氢发动机轿车。LOGO4.1.2氢能发动机汽2）H2R氢燃料研究车2004年9月，宝马H2R氢燃料发动机汽车在法国Miramas高速试车场创造了9项速度纪录，显示了采用氢发动机汽车的无限潜力。LOGO4.1.2氢能发动机汽2）福特U型概念车在2003年1月的底特律车展上，福特公司向全球展示了第一台增压氢燃料发动机汽车，即U型车，如图4-26所示。该车将福特模块式混合动力车系统(MHTS)、远程信息处理与先进材料结合在一起，开创了福特汽车公司第二个新纪元。LOGO4.1.2氢能发动机汽3）马自达（1）RX—8氢转子发动机跑车在2003年，马自达还在其使用氢气与汽油两种燃料的“RX—8HydrogenRE”上安装了“RENESIS氢气转子发动机”。这是马自达自1991年开发第一辆氢转子发动机原型车HR—X以来，在开发氢能源发动机上取得又一成果。LOGO4.1.2氢能发动机汽（2）Premacy氢混合动力RE概念车。“马自达Premacy氢转子发动机混合动力车”是继“马自达RX—8氢转子发动机车型”之后，第二款投入商业实用化的氢动力转子发动机车型。LOGO4.2.1甲醇混合燃料汽车甲醇是一种无色、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，也可与汽油混合作为混合燃料。LOGO4.2.1甲醇混合燃料汽车1.甲醇燃料对甲醇汽车的影响甲醇汽车是指以甲醇作为发动机燃料的汽车。根据掺混的比例不同，可以分为低中比例甲醇汽车和全甲醇汽车。低中比例甲醇汽车一般指的使用M3／M5／M10／M15／M30／M40／M50类型甲醇燃料的汽车，其掺混比少于等于50％，使用这种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。使用甲醇M85～M100类型甲醇燃料的汽车称为全甲醇汽车，全甲醇汽车需要对发动机进行重新设计制造。LOGO4.2.1甲醇混合燃料汽车不同掺烧比例的甲醇汽油对于汽车性能的影响LOGO4.2.1甲醇混合燃料汽车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。（2）提高发动机热效率。辛烷值比汽油高、汽化热比汽油高、着火燃烧浓度界限比汽油的相应范围宽。LOGO4.2.1甲醇混合燃料汽车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、未燃甲醇等均对金属表面有腐蚀性。通过添加抗腐蚀的化学药剂来解决这个问题。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。LOGO4.2.1甲醇混合燃料汽车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，如羧酸或酰氯与芳胺反应制得的溶胀抑制剂，添加少量即能达到要求。LOGO4.2.1甲醇混合燃料汽车3）冷起动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。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。LOGO4.2.1甲醇混合燃料汽车4）非常规排放物高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，但当用专用催化器处理后可以达到尾气排放标准要求。5）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，当采用低比例甲醇掺烧时，可以用加入添加剂的办法解决。LOGO4.2.1甲醇混合燃料汽车6）甲醇汽油的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