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1、第二章 替代能源汽车 天然气汽车 液化石油气汽车 醇类燃料汽车 氢气汽车 电动汽车 本章学习重点 掌握有关替代能源汽车的基本概念 掌握替代能源汽车特有结构的特征和基 本工作原理 明确替代能源汽车合理运用的特殊事项 掌握替代能源汽车评价的基本知识 第一节 天然气汽车 一、天然气汽车概述 天然气汽车主要成份是甲烷 表21 天然气与汽油的理化特性的比较 特性值天然气汽油 密度(气态,kg/m3)0.7185.093 低热值(MJ/kg)49.5444.52 理论空燃比(重量)17.214.7 理论混合气热值(MJ/m3)3.363.82 沸点(,常压)-162100 汽化潜热(kJ/kg)51029
2、7 自燃温度(大气中, )650500 点火界限燃料体积比(%)5.3151.26 点火界限当量比()0.651.60.73.5 表24 世界主要国家CNG汽车数量及加气站数量 国家 CNG汽车数量/万辆 CNG加气站数量/座 阿根廷40.1531 意大利29284 俄罗斯20.5187 美国6.61102 新西兰2.5190 加拿大1.7120 巴西1.439 其他2.9319 合计104.72772 天然气汽车作为一种清洁汽车，由于其低排放、 安全可靠、技术成熟、有良好的经济效益和环境效益 而被广泛应用于世界40多个国家和地区。 二、天然气汽车的类型 (一) 按储存天然气的压力和形态 压缩
3、天然气汽车(CNGV) 常压天然气汽车(NNGV) 液化天然气汽车(LNGV) 吸附天然气汽车(ANGV) (二) 按燃料的组成与应用 单燃料（CNG）汽车 CNG-汽油两用燃料汽车 CNG-柴油双燃料汽车 (三) 按燃料供给的控制方式 机械控制式天然气汽车 机电联合控制式天然气汽车 电控式天然气汽车（开环和闭环） 三、压缩天然气(CNG)汽车 （一）压缩天然气(CNG)供气专用部件结构及原理 1、负压输出的减压调节器 2、文丘里管结构混合器 文丘里管安装在空气滤清器与化 油器之间。 一方面要使喉管处产生真空度来 调节减压调节阀的天然气流量，另一 方面又要将天然气与空气均匀混合。 混合器喉径过
4、大，真空度小，不 灵敏；过小，吸人空气量少，影响空 燃比，发动机功率下降。通气小孔总 截面积应与天然气进气道截面积相匹 配。 3、正压输出的减压调节器 基本工作原理： 每级减压器由进气阀、减压室及阀门开闭调节 装置、出气阀等组成。本级出气阀为下一级减压室 的进气阀。高压气体由进气阀进入减压室，体积膨 胀，当气体作用于膜片组的推力与进气阀门开启力 相等时，进气阀又被关闭，使减压室压力不再增高 ，以达到减压的目的。等气体从出气阀流出时，减 压室压力降低，气体对膜片组的作用力小于进气阀 门开启力，进气阀又被打开，如此周而复始，使本 级减压室压力稳定在额定压力，以达到减压的目的 。 4、比例调节混合器
5、 基本工作原理： 当发动机起动运行时，发动机进气歧管产生真 空，混合器气室B的空气通过管道E进入发动机化油 器进气管；气室B产生真空，而气室A与大气相通， 混合器膜片在大气的压力作用下克服膜片组的重力 和混合器弹簧的弹力上行，打开天然气进气管和混 合器空气阀座，天然气和空气通过混合器进入发动 机，发动机开始工作。混合器膜片根据发动机化油 器进气管的真空度变化上下运动，天然气进气管开 度的大小也随着变化，从而向发动机提供不同数量 的天然气，与空气形成空燃比合理的混合气。 （二）压缩天然气-汽油两用燃料汽车 CNG-汽油两用燃料汽车，就是将原来的燃料供给 系统保留不变，增加一套“车用压缩天然气装置
6、”。 车用压缩天然气装置 天然气储 气系统 天然气供 给系统 油气燃料 转换系统 充气阀、高压截止阀、天 然气储气瓶、高压管线、 高压接头、压力传感器及 气量显示器等 天然气滤清器、天然气 高压电磁阀、减压调节 阀、混合器等 油气燃料转换开关、天 然气电磁阀、汽油电磁 阀等 （三） 电控喷射天然气汽车 1、电控喷气形式 电控喷气形式 缸外供 气方式 缸内供 气方式 主要包括进气道混合器预混合供 气和缸外进气阀处喷射供气 。 缸外进气阀处喷射是一种较进气 道混合器预混合供气方式更进一步的 供气方式，该供气方法是将气体喷射 器布置在各缸进气道进气阀处，可实 现对每一缸的定时定量供气 。 缸内喷射是
7、指将气体燃料直接喷到汽 缸内，喷气阀装在汽缸盖上。 主要包括缸内高压喷射供气和低压喷 射供气。 低压喷射主要用在压缩比较低的点燃式气 体燃料发动机上；高压喷射主要用在压缩比较 高和压缩终点喷射的气体燃料发动机上。 2、电控喷气系统的组成及工作原理 电控喷气系统 空气供 给系统 空气供 给系统 空气供 给系统 空气滤清器、 进气管和进气 歧管等 储气瓶、燃气过滤 器、调压器、喷气 阀和输气管线等 传感器、电控 单元和执行元 件等 1) HSV型电控气体喷气阀 当电磁线圈8断电时， 球阀4在进气口和出气 口处气体压差的作用下 向有运动，使CNG通 道打开，实现供气。当 电磁线圈8通电时，衔 铁10
8、产生电磁推力，通 过推杆7，使球阀4向左 运动，靠在其密封座上 ，关闭燃料气道，停止 供气。 2、DDEC天然气柴油喷射器 四、天然气汽车性能评价 （一）较低的污染排放 与空气混合充分、燃烧彻底，可大幅度 降低CO和HC的排放量 天然气火焰温度低，也会使NOx排放量 减少 天然气是碳氢原子比最小的烃类化合物 ，以产生相同热量计算，产生的CO也可 比汽油、柴油降低15以上 表23 天然气与汽油的排放对比 环境温 度 燃料种 类 排放物(g/km) COCO2NOXTHCNMHC 24 天然气 0.156229.30.0250.0680.006 汽油 1.21302.70.140.1740.14
9、-20 天然气 0.21289.60.060.080.006 汽油 5.87356.10.390.920.83 平均减少百分比 (%) 91.521.583.576.0 97.5 （二）良好的运行经济性 天然气的研究法辛烷值130，这就意味着 燃用天然气比燃用汽油时，许用压缩比 可高24个单位。很显然，压缩比高， 热效率就高。 天然气与空气的混合气形成质量比汽油 与空气的好，混合均匀与分配均匀有利 于提高燃烧的完全度。 （三）可靠的安全保障 从燃点看，天然气的自燃温度高达650 680，远高于汽油的228471，柴油 的200300 从着火界限看，天然气的着火界限范围为5 15%，汽油为1.3
10、7.6%，天然气比空气 轻，要形成天然气点燃的浓度比汽油难得 多 在制造要求和质量保证上，CNG气瓶比汽 车油箱严格得多 天然气汽车缺点： 1、续驶里程短 2、动力性变差 表25 汽油机改燃天然气后的动力性对比试验结果 序 号型 号压缩比 最大功率(kW) 下降率 (%) 最大转矩(Nm) 下降率 (%) 汽油 天然气 汽油 天然气 1CA10866.7855.518.1294.3249.215.3 2BQ61006.7592.170.123.933328913.2 3CA61026.590.470.621.9342.5310.99.2 4CA61026.7597.173.624.2380.3
11、321.915.4 5NJ472A7.368.652.12418915617.5 6吉尔138A7110.388.519.6 7格斯53-27783.17017.8 第二节 液化石油气汽车 一、液化石油气概述 我国液化石油气的资源包括油田和石油炼厂两个方面 。 LPG与汽油、柴油等常规汽车燃料相比，具有燃烧完 全、积炭少、排放污染物低、怠速及过渡工况运行稳 定性好等优点，但与天然气一样也存在着动力性降低 的问题。 液化石油气的主要成分是丙烷C3H8，此外还含有少量 的丁烷C4H10、丙烯C3H6和丁烯C4H8。 车用液化石油气必须保证其使用安全性、抗爆性和良 好的起动性和排放性等，我国制定了相
12、关标准： SY/Y7548-1998汽车用液化石油气。 表2-6 液化石油气与汽油、柴油以及天然气的理化特性的比较 项目汽油柴油天然气液化石油气 物理状态液态液态气态气态 汽车上的存储状态液态液态气态或液态液态 在常压下的沸点（）30220180370-161.5-0.5 低热值（MJ/kg）44.524349.5445.31 汽化潜热（kJ/kg）297 510 丙烷：-41 丁烷：0 2 辛烷值（RON）91 12094 十六烷值274060 自燃点（）260 700 丙烷：358.2 丁烷： 373.2 最低点火能量（MJ）0.250.3 分子量10011522616 丙烷：41 丁烷：
13、58 在空气中的可燃范围比（%）1.37.6 515 二、液化石油气汽车的结构与工作原理 (一) 液化石油气汽车 蒸发调压器 多数LPG蒸发调压器是集预热、蒸发、减压、调压功能于 一体，LPG被发动机冷却水加热后蒸发气化，再经减压(接近大 气压)供发动机使用。 1、一级减压室 来自储气瓶的LPG从进口8流入蒸发调压器高压腔，在自身压力的作用 下压开一级阀门1，并进入一级减压室6。在此被蒸发、气化成气体并得到 了第一次减压，压力被减小到0.140.25MPa 。 随着6中的气体数量增多，室内压力升高。推动一级膜片3向上运动， 压迫一级弹簧4，固定在一级膜片3上的挂钩将一级杠杆2向上拉起，关闭一
14、级阀门1，阻断LPG的进入。 随着6中的LPG陆续进入二级减压室17，一级减压室6中的气压降低。 当压力降至某一值时，一级弹簧4使一级膜片3向下移动，带动一级杠杆2动 作，打开一级阀门1，LPG又进入一级减压室6。 于是一级减压室中的LPG压力处于动态平衡状态。增加一级弹簧4的预 紧力、减小一级阀门1的阻尼等可使一级减压室压力和出气量增大，反之则 使一级减压室压力和出气量减小。 2、二级减压室 二级减压室17的作用是使LPG的压力进一步降低至接近负 压。来自一级减压室6的石油气经过二级阀门25进入二级减压室 17时压力进一步降低(降至大气压附近)，之后经由LPG燃料出口 输往混合器。 随着进入
15、二级减压室17中的气体数量的增多，室内压力升 高，当室内压力大于平衡压力的时候，推动二级膜片18向下运 动，这时减压室内体积增大，使得室内压力减小。当室内压力 小于平衡压力的时候，在压差的作用下，推动二级膜片向上运 动，使得室内压力增加。 于是二级减压室17中的LPG压力处于动态平衡状态。增加 二级膜片弹簧19的预紧力、减小二级阀门25的阻尼等可使二级 减压室17的压力和出气量增大，反之则使二级减压室压力和出 气量减小。 3、不同工况下混合气浓度的实现 1)怠速系统 问题提出：在怠速工况下，废气系数大(节气门开度几近为零 ，进入气缸的空气量很少)、燃烧恶化的情况仍然存在。为了 保证怠速工况的正
16、常运行，必须提供很浓的混合气。 解决方案：利用真空管13将节气门后的真空引入真空气室15， 使真空膜片压缩真空膜片弹簧16并带动二级阀门25开度增大， 进入二级减压室17的LPG便增多，这样就满足了怠速工况对可 燃气的需要。若发动机处于停机状态，混合器喉口处及节气门 后的真空度均消失，二级阀门25在真空膜片弹簧16的作用下关 闭，停止向混合器供给LPG，起到停机断气的安全作用。 2)主供气系统 主供气系统主要由混合器、二级减压室和真空室组件等组 成。在发动机运转过程中，随着节气门开度的增大及转速的 升高，混合器喉口处的真空度亦不断增大，这一真空度通过 主通道传至二级减压室使二级阀门25的开度增大，引出较多 的LPG以满足发动机的需要。 怠速系统的真空气室15还具有一定的的校正功能。当节气 门开大时，一方面进入的空气量增加
