汽车构造(12)-新能源汽车综述

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1、新能源汽车 压缩天然气汽车及液化石油气汽车 n压缩天然气和液化石油气为燃料的汽车，分别称为压缩天 然气汽车(CNGV)和液化石油气汽车(LPGV)。 n天然气是从天然气田直接开采出来的，其主要成分是甲烷 ，极难液化。因此，目前大都将其压缩到20MPa的高压， 充入车用气瓶中储存和供汽车使用，即所谓的压缩天然气 (CNG)。 n石油气是石油催化裂化过程和油田伴生气回收轻烃过程中 的产品。石油气在常温下加压到1.6MPa即可液化而成液 化石油气(LPG)。从油田气制得的LPG，其主要成分为丙 烷、丁烷和少量的乙烷和戊烷，不含稀烃，适于作车用燃 料。 天然气、液化石油气及若干其他燃料的理化性质 天然

2、气、液化石油气及若干其他燃料的理化性质 CNG和LPG的主要优点 n天然气和液化石油气在常温下为气态，容易与空气混合形 成均匀的可燃混合气，燃烧完全，可以大幅度减少CO、 HC和微粒的排放。另外，天然气和液化石油气的火焰温 度低，因此NOx的排放量也相应减少。 n天然气辛烷值高达130，液化石油气的辛烷值也在100左 右，因此，燃用天然气或液化石油气可提高发动机的压缩 比，从而获得较高的发动机热效率。 n冷起动性和低温运转性能良好，在暖机期间无需加浓混合 气。 n燃烧界限宽，稀燃特性优越。燃烧稀混合气，可以减少 NOx的生成和改善燃料经济性。 n不稀释润滑油，可以延长润滑油更换周期和发动机使用

3、寿 命。 LNG和LPG的缺点 n因为天然气在常温、常压下是气体，所以其储运性能差。 目前广泛采用将压缩天然气充入车用气瓶内储运的办法， 这些气瓶既增加了汽车自重，又减少了载货空间。虽然可 以通过深冷液化技术制成液化天然气(LNG)，但技术复杂 ，生产成本高。 n一次充气的续驶里程短。 nCNG或LPG均呈气态进入气缸，使发动机充量系数降低； 另外，与汽油或柴油相比，CNG或LPG的理论混合气热值 小，因此，燃用CNG或LPG将使发动机功率下降。 两用燃料发动机 n汽油/CNG两用燃料发动机 n汽油/LPG两用燃料发动机 n柴油-CNG双燃料发动机 汽油/CNG两用燃料发动机 n将汽油机改装为

4、汽油/CNG两用燃料发动机 之后，当燃用天然气时，发动机的功率和 转矩都会明显下降。 n有研究表明，适当提高改装机的压缩比不 仅可以减小功率损失还能改善发动机的燃 料经济性。 CNG供给系统组成及工作原理 减压调节器 0.8MPa 20MPa 比例调节式混合器 n混合器安装在化油器的进气口上。混合器的 C 腔经化油器与进气歧管连通，A 腔与发动 机的空气滤清器相连，D 腔则通天然气低压 通道，膜片室 B 通过气孔与 C 腔相通。 n当发动机工作时，进气管真空度传至 C 腔 ，并通过气孔传入膜片室 B，使膜片室产生 真空。由于 A 腔接近于大气压力，因此膜 片在 A 腔与膜片室的压力差作用下，克

5、服 膜片自身的重力和弹簧的弹簧力向上弯曲， 打开天然气阀口和空气入口，使天然气和空 气进入 C 腔并在其中混合后进入发动机。 n在发动机工作期间，膜片将随着进气管真空 度的变化而上下运动，天然气阀口和空气入 口的开度也就随之变化。当发动机停机时， A 腔、C 腔和膜片室 B 均为大气压力，膜 片在其自身的重力和弹簧力的共同作用下， 向下弯曲并将天然气阀口和空气入口关闭。 手动截止阀 n在截止阀阀体内装有柱阀，柱阀左端面嵌有密封垫，弹簧的预压力作 用在柱阀的右端，保持柱阀常开，CNG从气瓶经柱阀流出截止阀。当 转动手轮时，心轴向左压迫膜片并推动柱阀左移压在阀座上，使截止 阀关闭。 n膜片由薄钢片

6、或黄铜片制造，其作用是防止CNG通过心轴向外泄漏。 在心轴上接一个加长轴，目的是为了把手轮装入驾驶室，以便驾驶人 能在驾驶室内操纵截止阀的开闭 汽油/LPG两用燃料发动机 蒸发调压器 n蒸发调压器的作用是 使LPG蒸发和减压。 n由于LPG的饱和蒸气 压最大不超过 1.43MPa(气温为38 时的表压力)，比 CNG气瓶内的压力低 得多，一般只需要一 级或二级减压。 电控CNG喷射系统 柴油-CNG双燃料发动机 n由于天然气的自燃温度高出柴油一倍以上，不容易自燃，因此柴油 压缩天然气发动机，在每一个工作循环，均由喷油泵经喷油器向气缸 内喷入少量柴油作为“引燃燃料”，待柴油着火燃烧后再将天然气点

7、燃 。 nCNG储存在车用气瓶12内，压力为20MPa，打开供气阀9，CNG沿管 道进入预热器8，由发动机的循环冷却液对CNG加热。升温后的CNG 进入高压减压器7，将压力降至0.950.10MPa。在高压减压器之后 设有气体压力异常信号发生器5和安全阀6。当高压减压器失灵并造成 管道内气体压力过高时，信号发生器将发出信号报警，同时安全阀开 启放出部分天然气，以避免由于气体压力过高而损坏系统内的其他元 器件。如果因为密封失效天然气外泄而引起管道内气体压力过低时， 信号发生器也将发出信号报警，这时驾驶人应关闭供气阀，停止向发 动机供气，检查管路，排除故障。CNG流经电磁阀4并进入低压减压 器15

8、，在其中经两级降压后压力降到0.10.15MPa。随后天然气经 计量器17进入混合器18，并在其中与空气混合后进入气缸，在压缩行 程结束之前被已经着火燃烧的柴油点燃。 计量器 n计量器是控制供给发动机天然气 量的装置，实际上就是一个节流 阀，由驾驶人直接操纵。节流阀 开大，供气量增多，发动机的功 率增加。 n通常计量器与限速器制成一体。 限速器用来限制发动机的转速不 使其超速。当发动机转速超过允 许的转速时，混合器喉管处的真 空度经三通阀传入限速器膜片的 下方并吸引膜片向下弯曲。膜片 带动膜片拉杆向下移动。同时推 动节流阀轴朝关闭节流阀的方向 转动。由于节流阀关小，供气量 减少，从而限制了发动

9、机转速的 升高。当发动机恢复正常转速之 后，三通阀使限速器膜片下方与 大气相通，膜片恢复到原来的位 置，限速器不起作用。 高压减压器 n天然气先经滤芯滤除其中的杂质，然后 进入高压腔 A，再经过减压阀与减压器 体之间的缝隙及减压阀与减压阀座之间 的通道进入工作压力腔 B，最后经减压 器出口恒压输出。 n在此过程中，天然气由于在工作压力腔 内膨胀而降压。在减压器内，作用于膜 片上方的压力调节弹簧的弹簧力与作用 在膜片下方的天然气压力和平衡弹簧的 弹簧力保持相对平衡。当天然气输出量 增多时，B 腔压力下降，上述平衡被破 坏。这时膜片在压力调节弹簧的作用下 向下弯曲，带动推杆下移，使减压阀开 大，进

10、入 B 腔的天然气增多，B 腔的压 力又可复原。如果天然气的输出量减少 ，则情形相反，B 腔的压力将会升高， 使膜片向上弯曲并带动推杆上移，减压 阀关小，进入 B 腔的天然气减少，B 腔 内的压力又降回到原来的水平。 电动汽车 n纯电动汽车 蓄电池电动汽车 燃料电池电动汽车 太阳能电动汽车 n混合动力电动汽车 并联式混合动力电动汽车 串联式混合动力电动汽车 混联式混合动力电动汽车 电动汽车的组成 n电力驱动系统 包括电子控制器、功率转换器、电动机、机械传动装置和车轮， 其功用是将存储在蓄电池中的电能高效地转化为车轮的动能，并 能够在汽车减速制动时，将车轮的动能转化为电能充入蓄电池。 后一种功能

11、称作再生制动。 n电源系统 包括电源、能量管理系统和充电机，其功用主要是向电动机提供 驱动电能、监测电源使用情况以及控制充电机向蓄电池充电。 n辅助系统 包括辅助动力源、动力转向系统、导航系统、空调器、照明及除 霜装置、刮水器和收音机等等，借助这些辅助设备来提高汽车的 操纵性和乘员的舒适性。 电力驱动系统 n电动汽车的电力驱动方式 基本上可分为电动机中央 驱动和电动轮驱动两种。 n由电动机、固定速比减速 器和差速器等构成的电动 机中央驱动系统。在这种 驱动系统中，由于没有离 合器和变速器，因此可以 减少机械传动装置的体积 和质量。 电力驱动系统 n电动机和固定速比的行星 齿轮减速器安装在车轮里

12、 面，没有传动轴和差速器 ，从而简化了传动系统。 但是，电动轮驱动方式需 要两个或四个电动机，其 控制电路也比较复杂，这 种驱动方式在重型电动汽 车上有较广泛的应用。 电动机 n20世纪90年代以前主要采用直流电动机 n无换向器真流无刷电动机已经面世 n交流感应电动机在电动汽车上广为应用 n另一种用于电动汽车上的交流电动机是交 流同步电动机。 n开关磁阻电动机被公认是一种极有发展前 途的电动汽车驱动电动机。 蓄电池 n铅酸蓄电池 n镍隔(Ni-Cb)电池 n镍氢(Ni-MH)电池 n钠硫(Na-S)电池 n锂离子(Li-Ion)电池 燃料电池 n电动汽车用燃料电池的燃料为氢和甲醇， 氧化剂为空

13、气。 n燃料电池具有比能量高、使用寿命长、维 护工作量少以及能连续大功率供电等优点 。另外，燃料电池电动汽车可达到与燃油 汽车相同的续驶里程。 燃料电池 n根据电解质的不同，燃料电池可分为碱性 燃料电池、磷酸燃料电池、质子交换膜燃 料电池、溶融碳酸盐燃料电池和固体氧化 物燃料电池五类。 n适于电动汽车用的有碱性燃料电池和质子 交换膜燃料电池。 质子交换膜燃料电池 n质子交换膜燃料电池用作电动汽车的电源有以下 优点： 在所有燃料电池当中，质子定换膜燃料电池的比功率 和功率密度都最高，在相同输出功率的情况下，体积 最小； 工作温度低，起动时间短； 电池中惟一的液体为水，从而避免了腐蚀作用； 使用固

14、体电解质，因而不会发生电解液蒸发、外溢等 问题。质子交换膜燃料电池的缺点是内阻稍大，而且 需使用贵金属铂作电极催化剂。 能量管理系统 n能量管理系统由电压、电流和温度等传感器以及控制单元 及其输入/输出接口等组成，其功用为： 检测电动汽车电池组中各单体电池的端电压和温度以及各单体电 池充、放电电流； 预报电池组剩余的电量和电动汽车还能续驶的里程； 电池需要充电时，及时报警，以防电池过放电而影响其使用寿命 ； 当电池组充电时，能量管理系统根据检测到的各单体电池的相关 数据，确定各单体电池的充电状态，并控制充电机的充电过程， 保证各单体电池均衡充电，不使其过充电或欠充电； 合理分配电池能量，以达到节能目的，例如，当铅酸电池作为电 动汽车的主电源时，在汽车起动和爬坡时，暂时关闭空调器等耗 电大的电器，以使电池放电流不致过大。 混合动力汽车 n大众汽车公司曾在高尔夫轿车上安装一套柴油机 电动机驱动系统。在相当于柴油机飞轮的位置安 装一个6KW的紧凑型感应电动机，在柴油机侧和 变速器侧各装有自动操纵的离合器。 n当柴油机侧的离合器处于分离状态时，轿车由电 力驱动。当轿车由柴油机驱动时，柴油机侧的离 合器接合。此时感应电动机的转子起飞轮作用， 而且该电动机还作为起动机和交流发电机使用。