学习情境五_其他新能源汽车（PPT92页)

学习情境五其他新能源汽车•什么是天然气汽车？天然气汽车有哪些优点和缺点？•天然气汽车结构是什么样的？•什么是二甲醚汽车？有何特点？•什么是太阳能汽车？有何特点？•什么是风能汽车？有何特点？•什么是核能汽车？有何特点？5-1其他新能源汽车的基础知识一、车用天然气•天然气主要成分是甲烷，随产地不同，甲烷的含量也不同，一般为85％～95％。甲烷的沸点为-161.5℃，与常温下处于液态的汽、柴油的搬运和存储方法有很大差异。优点：天然气发动机有害排放减少•天然气与空气混合均匀，燃烧较完全，很宽的着火界限实现稀燃，CO和HC排放降低；•天然气燃烧火焰温度低，NOX排放量减少；•CO2比汽油及柴油降低20%以上，对减小“温室效应”有好处。•资料表明，天然气汽车的排放•CO可降低80%以上，•NOx和非甲烷类可降低80%，•CO2可降低30%，•HC可降低80%、•SO2降低70%，SO低99%，•Pb减少到零，•颗粒物减少41%，•噪声降低40%。因此与汽油柴油比较是一种非常清洁的车用燃料。抗爆性好天然气辛烷值高,约为130，有较好的抗爆性。可增大发动机压缩比和点火提前角，提高发动机性能。安全性好天然气有较好的安全性。天然气传输和加注均在封闭管道进行，不会泄露。即使有泄漏，天然气比空气轻，不易积聚，加上天然气燃点高（537℃以上），不易产生火灾事故。天然气使用特性好•冷起动性能好，运转平稳；•不对机油产生稀释，因此发动机寿命长。缺点：天然气的携带性差。限制了汽车的有效载荷、有效空间及续驶里程。密度低、天然气混合气热值低，天然气发动机动力性下降（针对两用燃料车）。天然气汽车相较与汽油和柴油车的制造成本较高；天然气输气管路和天然气加气站尚未形成象加油站那样的网络，这一因素是制约天然气汽车发展的最大瓶颈。二、天然气汽车1、天然气汽车定义天然气汽车是以天然气作为燃料的汽车。（1）按照天然气的化学成分和形态，可分为压缩天然气（CNG）汽车、液化天然气（LNG）汽车、液化石油气（LPG）和吸附天然气汽车（ANGV）汽车四种。目前推广应用的比较广泛的是CNG汽车与LPG汽车，比如应用在出租车和公交车上。2、天然气汽车分类压缩天然气（CompressedNaturalGas，CNG）是指压缩到的天然气，储存在车载高压气瓶中。压缩天然气（CNG）是一种无色透明、无味、高热量、比空气轻的气体，主要成分是甲烷。液化天然气（LiquidNaturalGas，LNG）是指常压下、温度为的液体天然气，储存于车载绝热气瓶中。液化天然气（LNG）燃点高、安全性能强，适于长途运输和储存。液化石油气（LiquidPetrolGas，LPG）是一种在常温常压下为气态的烃类混合物，比空气重，有较高的辛烷值，具有混合均匀、燃烧充分、不积碳、不稀释润滑油等优点，能够延长发动机使用寿命，而且一次载气量大、行驶里程长。吸附天然气汽车（ANGV）储气瓶内的天然气以吸附方式（压力通常为3.5～6MPa）储存，工作时经降压、计量和混合后进入气缸，也可以直接喷入气缸或进气管。（2）按燃料供给系统特征分类•单燃料（CNG）汽车仅使用CNG作为发动机的燃料，车辆的发动机在燃料供应系统、工作循环参数、配气机构参数等方面一般都针对CNG的物化特性进行了专门设计，因此燃烧热效率较高、经济性好。•CNG/汽油两用燃料汽车（多用）一般是指具有两套燃料供应系统，一套供给天然气，另一套供给天然气之外的燃料，两套燃料供给系统可分别但不可同时向气缸供给燃料的汽车。使用中可以在两种燃料之间进行灵活切换。此类汽车与单一燃料汽车相比，由于要兼顾两种燃料的物化特性，发动机结构参数几乎不作改造，因此燃烧热效率不高、经济性一般。•CNG/柴油双燃料汽车一般是指具有两套燃料供应系统，一套供给天然气，另一套供给天然气之外的燃料，两套燃料供给系统按预定的配比向气缸供给燃料，在缸内混合燃烧的汽车。CNG为主燃料，柴油起引燃作用。此类发动机结构参数也几乎不作改动，可以在单纯燃烧柴油和CNG与柴油同时混烧两种工况灵活切换。（3）按燃料供给的控制方式分类•机械控制式天然气汽车是指以机械方式为主控制天然气供给的天然气汽车。•机电联合控制式天然气汽车是指以机电联合控制方式控制天然气供给的天然气汽车。•电控式天然气汽车是指利用微机来控制不同工况天然气供给的天然气汽车。电控式又有开环和闭环之分。3、天然气汽车的优缺点优点1）有害气体排放低2）热效率高3）天然气资源丰富4）天然气汽车有显著的经济效益5）比汽油汽车更安全缺点1）一次充气的续驶里程短2）有效控件减少，自重增加3）天然气是气态燃料，不容易储存和携带4）将现有的汽车改用天然气作燃料时，需增加发动机燃料系统的部件，如储气瓶、减压阀、混合器等，需要一定的改装投入。4、天然气汽车的结构当前天然气汽车（CNG、LPG），多是通过对传统汽油或柴油汽车进行动力改造，其与传统汽油或柴油汽车的主要区别在于发动机，采用专用的天然气发动机，同时配备相应的天然气供给系统及控制系统。（1）CNG汽车结构CNG汽车在结构上采用传统动力结构外，由于采用CNG，还须配备相应的系统实现CNG的储运、供给及整车控制。通常主要由三部分组成：储气系统、供给系统、控制系统。储气系统是指储存CNG的装置，由天然气储气瓶、气量显示器（压力表）、充气阀、压力传感器、高压管线等组成（1）CNG汽车工作原理控制系统中油气燃料转换开关控制高压电磁阀与汽油电磁阀的流通量，由此调节汽油与天然气的供给比例，从而实现CNG车辆以最佳工况运行。当使用天然气作为燃料时，储气瓶内的CNG经管道进入过滤器去除杂质后，进入减压器逐步减压到常压后，进入混合器，与来自空气滤清器的空气混合后，再经由化油器通道进入气缸燃料。当使用汽油时，汽油电磁阀打开，汽油通过该阀进入化油器，进而被吸入到汽缸内进行燃烧。CNG汽车动力系统工作原理图CNG动力系统结构图（2）LPG汽车结构将转换开关置于LPG档时，燃料开始使用LPG，同时汽油电磁阀将汽油油路截断，停止供应汽油。LPG电磁阀打开后，液态LPG从储气罐中流出，经过过滤后流人蒸发调压器，由液态转变成气体，压力接近大气压；气态的LPG利用发动机真空吸力被吸入混合器；在混合器中LPG气体与空气均匀混合后，进入发动机燃烧。当转换开关置于汽油档时，汽油电磁阀打开，开始使用汽油，同时LPG电磁阀关闭，停止使用LPG。LPG汽车主要由储气罐、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、控制电路等组成。某LPG动力系统结构图5、CNG发动机基本原理6、压缩天然气汽车专用装置天然气汽车应具有的基本专用装置储气瓶、高压管线、管路接头、气压表、显示器、手动截止阀、高压电磁阀、过滤器、过流保护阀、减压调节器、低压软管、循环水管、空气燃料混合器（燃料喷射器）、发动机控制系统等。•按功能可划分为三类：•（1）储气系统部件：储气瓶、充气阀、高压线及高压接头、手动截止阀、气压显示装置。•（2）燃气供给部件：天然气过滤器、减压调节器、混合器、低压气软管及循环水软管。•（3）控制系统部件：燃料转换开关、模拟器、天然气电磁阀、汽油电磁阀、空燃比调节器、电控单元。1)压缩天然气储气瓶•CNG汽车储气瓶（以下简称“气瓶”）是天然气汽车重要的专用部件。其成本约占CNG汽车改装成本的30％～70％。车用气瓶的储气压力为20MPa，这是综合考虑到车用气瓶的容积/重量比以及降低加气站运行成本所确定的优化结果。过高的储气压力反而会导致气瓶容积效率比的下降及加气站运行费用的升高。•压缩天然气储气瓶分为四类：•第一类是钢或铝合金金属瓶（NGV2—1）；•第二类是钢或铝内衬加筒身“环箍缠绕”树脂浸渍•长纤维加固的复合材料气瓶（NGV2—2）；•第三类是钢或铝内衬加“整体缠绕”树脂浸渍长纤•维加固的复合材料气瓶（NGV2—3）；•第四类是塑料内衬加“纵向整体缠绕”树脂浸渍长•纤维加固的复合材料气瓶。••我国目前主要使用的是钢质气瓶，该类瓶生产成本较低，安全耐用，容积率高，但重容比大、重量大。复合材料瓶最大的优点是重容比小、重量轻，但生产成本高，价格贵，容积效率低。2）高压燃料切断阀3）高压减压器•根据减压后的输出压力的大小可以把减压调节器分为：•负压输出的减压调节器•正压输出的减压调节器4）低压电磁阀5）电控调压器（EPR阀）6）混合器部件混合器的作用是将空气和天然气按一定比例混合，形成一定浓度的可燃混合气，并能根据发动机转速和负荷的变化，增减混合气的供应量，以适应发动在起动、怠速、加速等不同运行工况下正常运行的需要。7）防喘振阀8)加气口•组成：接口、单向阀、防尘盖（塞）、输气接头和安装件。•加气时，先拔出防尘塞，将高压加气软管上的插头插入充气孔，打开手动截止阀，即可充气。充气完成后将截止阀关闭，方可拔出高压加气软管上的插头，插回防尘塞，旋紧排气螺塞。9)高压管线及高压接头•高压管线采用不锈无缝钢管或其他车用高压天然气专用管线。•功能：用于输送高压天然气，其工作压力为20MPa。•安装：高压钢管在不同功能件之间连接时，必须作抗震弯或者“U”型圈，其弯曲半径须大于5倍高压钢管直径。10手动截止阀•储气瓶到减压调节器之间应设置手动截止阀，用于当CNG汽车因加气、修理、入库停车时用来截止储气瓶到减压调节器之间的气路连接。11)天然气滤清器•功能：用于对天然气中的杂质（气瓶中的铁锈，压缩机中的杂质等）进行过滤，过滤精度10us-50us；过滤器在使用过程中根据需要对滤芯进行清洗，每100,000公里需要进行更换，或根据当地气体的洁净度进行更换。（1）LPG汽车燃料供给系统的总体组成7.LPG汽车燃料供给系统的组成原理（2）LPG汽车燃料供给系统基本原理8、天然气汽车实例（1）CNG汽车实例东风雪铁龙爱丽舍CNG双燃料车（C-Elysee），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。爱丽舍CNG双燃料车动力系统布置爱丽舍CNG双燃料车动力系统结构实例图爱丽舍CNG双燃料车采用了组合仪表盘，嵌入油气转换开关，能够方便实现油气切换。组合仪表依照国家标准，为驾驶员提供汽车车速、汽油、CNG等信息。（2）LPG汽车实例PoloBiFuel双燃料车福特公司LPG清洁型能源Falcon车型二、氢气汽车•1、氢气汽车的定义•直接使用氢气燃烧做功的汽车。2、氢燃料的特点优点（1）资源丰富（2）环保（3）燃烧热值高（4）热效率（5）燃烧稳定充（6）燃料混合比的浓度调节方便（7）辛烷值（8）点火能量低（9）稀燃能力强缺点（1）难以储存（2）制取成本高（3）易燃3、氢气汽车总体组成4、储氢罐三、醇燃料汽车使用醇基燃料（甲醇、乙醇等）的汽车。•(1)醇类燃料的来源•甲醇（木醇或木酒精）可以由一氧化碳和氢气合成，为无色透明的液体，高挥发性，易燃。主要由天然气（占78%）、重油（占10%）、石脑油（占7%）、液化石油气（占3%）、煤炭（占2%）、油页岩、木材和垃圾等物质中提炼。•乙醇俗称酒精，其工业生产方法主要有发酵法、乙烯水合法等方法，我国一直以发酵法为主，其生产原料有三类：第一类是含糖作物与副产物，如甘蔗、甜菜、甜高梁和糖蜜等；第二类是淀粉质作物，如玉米、高梁、小麦、红薯和马铃薯等；第三类是纤维素原料，如木材、木屑和谷物秸杆等。1.醇类燃料的来源及分类•(2)醇类燃料的分类•1）按醇类燃料的组成成份和性质来分，主要是指甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH），它们都是相对分子质量较小的单质，燃烧产物中基本没有碳烟，NOx的排放浓度也很低，是一种低污染性燃料。醇类燃料汽车是指以甲醇汽油、乙醇汽油、甲醇、乙醇为燃料的汽车，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。•2）按醇类燃料在汽车上应用分类，主要有三种类型：掺烧、纯烧和改质。•掺烧是醇类燃料在汽车上的主要应用方式。为使内燃机燃用甲醇时能有良好的效果，可采用不同的掺烧方式，调整混合燃料的性质，改进内燃机结构及设计良好的掺烧