第4章车用替代燃料

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1、汽汽车运行材料运行材料第第4章章 车用替代燃料车用替代燃料教学提示：教学提示：在石油资源日益减少、环境污染日益严重在石油资源日益减少、环境污染日益严重的双重作用下，开发和寻找污染较少、经济便宜的车的双重作用下，开发和寻找污染较少、经济便宜的车用替代燃料已成为当务之急。用替代燃料已成为当务之急。 目前，有广阔发展前景的替代燃料主要有醇类目前，有广阔发展前景的替代燃料主要有醇类燃料、乳化燃料、天然气、液化石油气、氢气等。燃料、乳化燃料、天然气、液化石油气、氢气等。教学要求：教学要求：本章主要介绍醇类燃料、乳化燃料、天然本章主要介绍醇类燃料、乳化燃料、天然气、液化石油气、氢气等车用替代燃料的特点和应

2、用气、液化石油气、氢气等车用替代燃料的特点和应用情况。情况。 重点内容是车用替代燃料的特点和应用情况。重点内容是车用替代燃料的特点和应用情况。要求学生了解车用替代燃料的发展前景，熟悉车用替要求学生了解车用替代燃料的发展前景，熟悉车用替代燃料的特点，掌握车用替代燃料的类别。代燃料的特点，掌握车用替代燃料的类别。4.1 醇类燃料醇类燃料 醇类燃料主要是指甲醇和乙醇。目前，它们作为醇类燃料主要是指甲醇和乙醇。目前，它们作为汽车替代能源被使用，在技术和成本方面已经达到实汽车替代能源被使用，在技术和成本方面已经达到实用阶段。用阶段。 醇类燃料的资源比较丰富，可从多种原料中进行醇类燃料的资源比较丰富，可从

3、多种原料中进行提取。提取。 如甲醇可从天然气、煤、油页岩、重质燃料、木如甲醇可从天然气、煤、油页岩、重质燃料、木材和垃圾等物质中制取。乙醇可从甜菜、甘蔗、草杆、材和垃圾等物质中制取。乙醇可从甜菜、甘蔗、草杆、薯类、玉米等农作物中制取。薯类、玉米等农作物中制取。醇类燃料的理化性质醇类燃料的理化性质 甲醇燃料和乙醇燃料的主要理化性质与汽油燃料甲醇燃料和乙醇燃料的主要理化性质与汽油燃料的比较如表的比较如表4-1所示。所示。表表4-l 醇类燃料与汽油的主要理化性质比较醇类燃料与汽油的主要理化性质比较项目目甲醇甲醇乙醇乙醇汽油汽油常温下的物理状常温下的物理状态液液态液液态液液态密度密度/（gcm-3）0

4、.79140.78430.720.75沸点沸点/64.878.330220闪点点/1214-43自燃点自燃点/470420260饱和蒸气和蒸气压kPa30.99717.33262.082.7低低热值/（MJkg-1）20.2627.2044.52蒸蒸发潜潜热/（kJkg-1）1101862297辛辛烷值（RON）11211190、93、95辛辛烷值（MON）929285、88、90十六十六烷值3827相相对分子分子质量量3246100115着火极限（体着火极限（体积分数）（）分数）（）6.7364.3191.37.6理理论空燃比（空燃比（kg空气空气kg燃料）燃料）6.49.014.8醇类燃料

5、的特点醇类燃料的特点1.辛烷值高辛烷值高 醇类燃料的辛烷值与汽油的辛烷值比较如表醇类燃料的辛烷值与汽油的辛烷值比较如表4-2所示。所示。表表4-2 醇类燃料与汽油的辛烷值比较醇类燃料与汽油的辛烷值比较燃料种燃料种类MONRON灵敏度灵敏度甲醇甲醇9211220乙醇乙醇9211119汽油汽油90号号8590593号号8893595号号909552.蒸发潜热大蒸发潜热大 蒸发潜热是指在常压沸点下，单位质量的纯物质蒸发潜热是指在常压沸点下，单位质量的纯物质由液体状态变为气体状态需吸收的热量或由气体状态由液体状态变为气体状态需吸收的热量或由气体状态变为液体状态需放出的热量。变为液体状态需放出的热量。

6、醇类燃料的蒸发潜热大，意味着醇类燃料在发动醇类燃料的蒸发潜热大，意味着醇类燃料在发动机内由液体状态变为气体状态形成可燃混合气时需要机内由液体状态变为气体状态形成可燃混合气时需要吸收的热量较多。吸收的热量较多。 因此，燃烧醇类燃料的发动机需加装进气预热系因此，燃烧醇类燃料的发动机需加装进气预热系统，以保证其低温启动性能。统，以保证其低温启动性能。 醇类燃料蒸发潜热大的优点是：形成的混合气温醇类燃料蒸发潜热大的优点是：形成的混合气温度低，其充气效率会提高，进而可使发动机动力性增度低，其充气效率会提高，进而可使发动机动力性增强；蒸发潜热大，可减少冷却系统和润滑系统的冷却强；蒸发潜热大，可减少冷却系统

7、和润滑系统的冷却负担，从而可提高发动机的使用寿命。负担，从而可提高发动机的使用寿命。3.着火极限宽着火极限宽 着火极限是指混合气可以着火的最小浓度和最着火极限是指混合气可以着火的最小浓度和最大浓度之间的范围，浓度是以空气中可燃气的体积分大浓度之间的范围，浓度是以空气中可燃气的体积分数表示。数表示。 醇类燃料的着火极限比汽油宽得多，可实现稀醇类燃料的着火极限比汽油宽得多，可实现稀薄燃烧，能有效降低发动机在部分负荷时的能量消耗薄燃烧，能有效降低发动机在部分负荷时的能量消耗与排放污染。与排放污染。4.热值低热值低 醇类燃料的热值比汽油低，甲醇热值约为汽油醇类燃料的热值比汽油低，甲醇热值约为汽油的一半

8、，乙醇热值约为汽油的的一半，乙醇热值约为汽油的61%。 5.腐蚀性大腐蚀性大 醇类燃料的化学活性较强，对铜、铝等金属具有醇类燃料的化学活性较强，对铜、铝等金属具有较强的腐蚀能力，对橡胶和塑料等非金属材料也具有较强的腐蚀能力，对橡胶和塑料等非金属材料也具有较大的溶胀作用。较大的溶胀作用。6.易产生气阻易产生气阻 醇类燃料的沸点低，有助于形成燃料与空气的混醇类燃料的沸点低，有助于形成燃料与空气的混合气。合气。7.贮存和使用方便贮存和使用方便 醇类燃料在常温下为液体状态，和传统燃料的汽醇类燃料在常温下为液体状态，和传统燃料的汽油、柴油相似，所以其贮存和使用比较方便。油、柴油相似，所以其贮存和使用比较

9、方便。 但温度高时，容易在燃油供给系统产生气阻现象，但温度高时，容易在燃油供给系统产生气阻现象，严重时会使供油中断，发动机熄火。严重时会使供油中断，发动机熄火。8.排放污染低排放污染低 醇类燃料的蒸发潜热大，甲醇的蒸发潜热约为汽醇类燃料的蒸发潜热大，甲醇的蒸发潜热约为汽油的油的3.7倍，乙醇的蒸发潜热约为汽油的倍，乙醇的蒸发潜热约为汽油的2.9倍，所以倍，所以使用醇类燃料的燃烧温度较低，对使用醇类燃料的燃烧温度较低，对NOx的生成有抑制的生成有抑制作用；作用； 醇类燃料分子中没有醇类燃料分子中没有C-C键结构，燃烧中不会有键结构，燃烧中不会有多环芳香烃通过缩合形成碳烟粒子的现象。多环芳香烃通过

10、缩合形成碳烟粒子的现象。 因此，排气中基本没有碳烟；醇类燃料氧含量高，因此，排气中基本没有碳烟；醇类燃料氧含量高，且且C/H值较汽油小，混合气燃烧较完全，因而排气中值较汽油小，混合气燃烧较完全，因而排气中未燃烃类与未燃烃类与CO含量也相应降低。含量也相应降低。 但醇类燃料的排气中未燃醇类和相应醛类较多。但醇类燃料的排气中未燃醇类和相应醛类较多。醇类燃料的应用醇类燃料的应用1.掺醇燃烧掺醇燃烧 掺醇燃烧是指把甲醇或乙醇以不同比例掺入汽掺醇燃烧是指把甲醇或乙醇以不同比例掺入汽油中。油中。 甲醇、乙醇与汽油的混合燃料分别用甲醇、乙醇与汽油的混合燃料分别用M（Methanol）和）和E（Ethanol

11、）加一数字表示，其）加一数字表示，其后的数字表示混合燃料中甲醇或乙醇的体积分数，后的数字表示混合燃料中甲醇或乙醇的体积分数，如如M15表示甲醇体积分数为表示甲醇体积分数为15的混合燃料，的混合燃料，E10表表示乙醇体积分数为示乙醇体积分数为10%的混合燃料。的混合燃料。1）掺醇汽油的优点）掺醇汽油的优点（1）抗爆性好，价格低。）抗爆性好，价格低。 （2）排放尾气中）排放尾气中NOx、烃类及、烃类及CO的含量低。的含量低。 2）掺醇汽油的使用）掺醇汽油的使用 2001年我国制定了乙醇燃料发展计划，确定在年我国制定了乙醇燃料发展计划，确定在吉林、河南和黑龙江三省设立燃料乙醇试点项目，并吉林、河南和

12、黑龙江三省设立燃料乙醇试点项目，并制定了变性燃料乙醇和车用乙醇汽油两项国制定了变性燃料乙醇和车用乙醇汽油两项国家标准，开始推广含家标准，开始推广含10乙醇的车用乙醇汽油的混乙醇的车用乙醇汽油的混合燃料。合燃料。 变性燃料乙醇和车用乙醇汽油两项国家变性燃料乙醇和车用乙醇汽油两项国家标准于标准于2001年年4月月15日正式实施。具体指标分别如表日正式实施。具体指标分别如表4-3和表和表4-4所示。所示。3）掺醇汽油的缺点）掺醇汽油的缺点（1）醇类燃料与汽油的互溶性较差。）醇类燃料与汽油的互溶性较差。 醇类燃料具有较强的极性，与汽油的互溶性较差。醇类燃料具有较强的极性，与汽油的互溶性较差。 其互溶性

13、受醇与汽油的混合比例、助溶剂的品种其互溶性受醇与汽油的混合比例、助溶剂的品种和加入量、混合温度等因素影响。和加入量、混合温度等因素影响。 图图4.1所示为甲醇与汽油的互溶曲线。所示为甲醇与汽油的互溶曲线。 图图4.1 甲甲醇醇与与汽汽油油的的互互溶溶曲曲线线1-不加助溶剂不加助溶剂 2-加加1助溶剂助溶剂 3-加加2助溶剂助溶剂 4-加加4助溶剂助溶剂（2）掺醇汽油易出现分层现象。）掺醇汽油易出现分层现象。（3）掺醇汽油对发动机的金属、橡胶和塑料等材料）掺醇汽油对发动机的金属、橡胶和塑料等材料具有一定腐蚀性。具有一定腐蚀性。（4）掺醇汽油的低温启动性差，高温时易发生气阻。）掺醇汽油的低温启动性

14、差，高温时易发生气阻。2.纯醇燃烧纯醇燃烧 纯醇燃烧是指单纯燃烧甲醇或乙醇燃料。纯醇燃烧是指单纯燃烧甲醇或乙醇燃料。 从弥补石油资源短缺的角度来说，纯醇燃料用于从弥补石油资源短缺的角度来说，纯醇燃料用于发动机燃烧比掺醇燃料，尤其是低比例掺醇燃料更具发动机燃烧比掺醇燃料，尤其是低比例掺醇燃料更具有实际意义。有实际意义。 纯醇燃烧时，可根据甲醇或乙醇燃料的特点对发纯醇燃烧时，可根据甲醇或乙醇燃料的特点对发动机进行改造，使其动力性、经济性和排放性比燃烧动机进行改造，使其动力性、经济性和排放性比燃烧汽油时有较大提高。汽油时有较大提高。 图图4.2所示为点燃式内燃机分别燃用甲醇和汽油所示为点燃式内燃机分

15、别燃用甲醇和汽油时的有关性能对比。时的有关性能对比。图图4-2 甲醇内燃机的特性甲醇内燃机的特性4.2 乳化燃料乳化燃料 乳化燃料是指汽油和柴油等燃油和水相混合并乳化燃料是指汽油和柴油等燃油和水相混合并经特殊处理后形成的一种相对稳定的乳化液。经特殊处理后形成的一种相对稳定的乳化液。 使用乳化燃料不仅能减少发动机排放中氮氧化使用乳化燃料不仅能减少发动机排放中氮氧化合物（合物（NOx）等有害成分的含量，而且能有效地降）等有害成分的含量，而且能有效地降低燃料的消耗。所以使用乳化燃料是节约能源和降低燃料的消耗。所以使用乳化燃料是节约能源和降低污染的良好措施之一。低污染的良好措施之一。乳化燃料节能降污的

16、原理与效果乳化燃料节能降污的原理与效果 乳化燃料的燃烧是个非常复杂的过程，其节能乳化燃料的燃烧是个非常复杂的过程，其节能降污的原理，目前尚在研究之中，常见的有两种解释降污的原理，目前尚在研究之中，常见的有两种解释理论：微爆理论和燃烧化学反应动力学理论。理论：微爆理论和燃烧化学反应动力学理论。1.微爆理论微爆理论2.燃烧化学反应动力学理论燃烧化学反应动力学理论3.乳化燃料节能降污效果乳化燃料节能降污效果 乳化燃料与非乳化燃料燃烧效果对比图如图乳化燃料与非乳化燃料燃烧效果对比图如图4.3所示。所示。不难看出，乳化不难看出，乳化油燃料在燃烧过油燃料在燃烧过程中，减少了火程中，减少了火焰中的炭粒，提焰

17、中的炭粒，提高了燃料油的燃高了燃料油的燃烧程度，改善了烧程度，改善了燃烧状况，提高燃烧状况，提高了燃料油的燃烧了燃料油的燃烧效率。效率。 图图4.3 乳化燃料与非乳化燃料燃烧效果对比图乳化燃料与非乳化燃料燃烧效果对比图燃料乳化的方法燃料乳化的方法1.超声波法超声波法 超声波法是利用超声波在液体媒介中传播时会出超声波法是利用超声波在液体媒介中传播时会出现机械的、热的及空化等作用机制，对传声媒质可产现机械的、热的及空化等作用机制，对传声媒质可产生一系列效应的原理进行配制乳化燃料的。生一系列效应的原理进行配制乳化燃料的。 超声波法的优点是设备简单，处理能力大，耗能超声波法的优点是设备简单，处理能力大

18、，耗能少，乳化添加剂用量少，乳化效果好，是目前最常用少，乳化添加剂用量少，乳化效果好，是目前最常用的方法。的方法。 工艺流程如图工艺流程如图4.4所示。所示。图图4.4 超声波法乳化燃料工艺流程超声波法乳化燃料工艺流程2.机械混合法机械混合法 乳化燃料的配制也可采用机械法把按比例配好的乳化燃料的配制也可采用机械法把按比例配好的油、水、乳化添加剂进行搅拌、剪切、混合、雾化，油、水、乳化添加剂进行搅拌、剪切、混合、雾化，并使粒子直径达到要求。并使粒子直径达到要求。 机械混机械混合法柴合法柴油乳化油乳化工艺流工艺流程如图程如图4.5所示。所示。 图图4.5 机机械械混混合合法法柴柴油油乳乳化化工工艺

19、艺流流程程 1-电器控制系统电器控制系统 2-反应釜反应釜 3-加料口加料口 4-高剪切乳化机高剪切乳化机 5-过滤器过滤器 6-静态混合器静态混合器 7-管线式高剪切乳化机管线式高剪切乳化机 8-成品罐成品罐4.3 天然气天然气 天然气（天然气（Natural Gas，简称，简称NG）是各种替代燃）是各种替代燃料中最早被广泛使用的一种。料中最早被广泛使用的一种。天然气资源天然气资源 天然气的主要成分是甲烷（天然气的主要成分是甲烷（CH4），其体积一般），其体积一般占天然气的占天然气的8099。 表表4-5 不同产地的天然气的组分构成不同产地的天然气的组分构成名名 称称CH4C2H6C3H8C

20、4H10CmHnH2N2CO2H2S气田天然气（四川）气田天然气（四川）97.200.700.200.100.701.00.10油田天然气（四川）油田天然气（四川）88.596.062.021.540.060.071.460.2大大庆天然气天然气91.051.642.702.231.094.3.2 天然气的主要物化特性天然气的主要物化特性表表4-6 天然气的主要物化特性天然气的主要物化特性物化特性参数物化特性参数数数值物化特性参数物化特性参数数数值HC原子比原子比4理理论空燃比（空燃比（质量比量比17.25密度（液相）密度（液相）/（kgm-3）424理理论空燃比（体空燃比（体积比）比）9.5

21、2密度密度（气相）（气相）/（kgm-3）0.715高高热值/（MJkg-1）55.54分子量分子量16.043低低热值/（MJkg-1）50.05沸点沸点/-161.5混合气混合气热值/（MJm-3 ）3.39凝点凝点/-182.5混合气混合气热值/（MJkg-1）2.75临界温度界温度/-82.6低低热值（液（液态）/（MJL-1）21.22临界界压力力/MPa4.62辛辛烷值RON130汽化潜汽化潜热/（kJkg-1）510着火极限（体着火极限（体积分数）（）分数）（）515比比热容（液体，沸点）容（液体，沸点）/（kJkg-1K-1）3.87着火温度（常着火温度（常压下）下）/537比

22、比热容（气体，容（气体，25）/（kJkg-1K-1）2.23火焰火焰传播速度播速度/（cms-1）33.8气气/液容液容积比比（15）624火焰温度火焰温度/1918天然气的特点天然气的特点1.着火极限宽着火极限宽 2.与空气的理论混合气热值低与空气的理论混合气热值低 3.火焰传播速度低火焰传播速度低 4.点火能量高点火能量高 5.抗爆燃性能好抗爆燃性能好 6.密度小密度小 7.排放污染小排放污染小 8.携带性较差携带性较差 9.使用天然气可使发动机的磨损减小使用天然气可使发动机的磨损减小 天然气在汽车上的使用天然气在汽车上的使用1.天然气的存在形式天然气的存在形式 作为车用燃料的替代品，天

23、然气根据其存在形作为车用燃料的替代品，天然气根据其存在形式不同，分为压缩天然气（式不同，分为压缩天然气（Compressed Natural Gas，简称，简称CNG）和液化天然气（）和液化天然气（Liquefied Natural Gas，简称，简称LNG）两种。）两种。（1）压缩天然气（）压缩天然气（CNG） 压缩天然气是将天然气压缩天然气是将天然气经过脱水、脱硫净化处理后，经多级压缩至经过脱水、脱硫净化处理后，经多级压缩至25MPa左右存贮在气瓶中，使用时经减压器减压后供给发动左右存贮在气瓶中，使用时经减压器减压后供给发动机燃烧即可。机燃烧即可。（2）液化天然气（）液化天然气（LNG）

24、液化天然气是将天然气液化天然气是将天然气经过一定工艺，使其在经过一定工艺，使其在-162左右变为液态，存贮左右变为液态，存贮在高压气瓶中。在高压气瓶中。 与压缩天然气相比，液化天然气工作压力降低，与压缩天然气相比，液化天然气工作压力降低，储气瓶体积减小，续驶里程延长。但它对低温贮存技储气瓶体积减小，续驶里程延长。但它对低温贮存技术要求较高。术要求较高。2.天然气汽车类型天然气汽车类型 根据天然气的储存形式，天然气汽车分为压缩根据天然气的储存形式，天然气汽车分为压缩天然气汽车和液化天然气汽车。天然气汽车和液化天然气汽车。1）压缩天然气汽车）压缩天然气汽车 目前国内外发展较快的是压缩天然气汽车。目

25、前国内外发展较快的是压缩天然气汽车。 我国车用压缩天然气的技术指标如表我国车用压缩天然气的技术指标如表4-7所示。所示。表表4-7 车用压缩天然气技术指标车用压缩天然气技术指标项 目目技技术指指标高位高位发热量量/（MJm-3）31.4总硫（以硫硫（以硫计）/（mgm-3200硫化硫化氢/（mgm-3）15二氧化碳（体二氧化碳（体积分数）（）分数）（）3.0氧气（体氧气（体积分数）（）分数）（）0.5水露点水露点/在汽在汽车驾驶的特定地理区域内，在高操作的特定地理区域内，在高操作压力下，水力下，水露点不露点不应高于高于-13；当最低气温低于；当最低气温低于-8，水露点，水露点应比最低气温低比最

26、低气温低5 压缩天然气汽车按燃料供给系统不同又可分为压缩天然气汽车按燃料供给系统不同又可分为专用压缩天然气汽车、压缩天然气与汽油两用燃料专用压缩天然气汽车、压缩天然气与汽油两用燃料汽车、压缩天然气与柴油双燃料汽车等。汽车、压缩天然气与柴油双燃料汽车等。 专用压缩天然气汽车以专用压缩天然气汽车以CNG作为惟一燃料，其作为惟一燃料，其发动机的燃料供给系统专为发动机的燃料供给系统专为CNG燃料设计，能充分燃料设计，能充分发挥发挥CNG燃料的特点。燃料的特点。 压缩天然气与汽油两用燃料汽车是通过对现成压缩天然气与汽油两用燃料汽车是通过对现成汽油车改装而成，有两套燃料供给系统，一套为保留汽油车改装而成，

27、有两套燃料供给系统，一套为保留的原车供油系统，另一套为增加的的原车供油系统，另一套为增加的CNG供给装置。供给装置。 发动机可以分别使用发动机可以分别使用CNG和汽油作为燃料，两和汽油作为燃料，两种燃料的转换利用选择开关实现。种燃料的转换利用选择开关实现。 图图4.6所示为东风雪铁龙爱丽舍压缩天然气与所示为东风雪铁龙爱丽舍压缩天然气与汽油双燃料轿车的实物照片。汽油双燃料轿车的实物照片。图图4.6 东风雪铁龙爱丽舍压缩天然气与汽油双燃料轿车东风雪铁龙爱丽舍压缩天然气与汽油双燃料轿车 压缩天然气与汽油两用燃料汽车由于发动机结压缩天然气与汽油两用燃料汽车由于发动机结构未作改动，对原来的汽油机使用性能

28、没有影响。构未作改动，对原来的汽油机使用性能没有影响。 但当使用天然气燃料时，往往不能充分发挥其但当使用天然气燃料时，往往不能充分发挥其优点，导致发动机功率略有下降。优点，导致发动机功率略有下降。 压缩天然气与柴油双燃料汽车是通过对现成柴压缩天然气与柴油双燃料汽车是通过对现成柴油车改装而成。其燃料供给系统可根据发动机的运行油车改装而成。其燃料供给系统可根据发动机的运行工况按一定比例同时供给工况按一定比例同时供给CNG和柴油两种燃料。其和柴油两种燃料。其中，柴油只作引燃燃料，中，柴油只作引燃燃料，CNG是主要燃料。是主要燃料。2）液化天然气汽车）液化天然气汽车 由于液化天然气对贮存技术要求较高，

29、使得贮由于液化天然气对贮存技术要求较高，使得贮存容器的成本高，这从一定程度上限制了液化天然存容器的成本高，这从一定程度上限制了液化天然气汽车的发展。气汽车的发展。3.天然气汽车技术天然气汽车技术 所谓天然气汽车技术，是指汽车用天然气贮存、所谓天然气汽车技术，是指汽车用天然气贮存、加注以及合理运用等方面的技术，主要包括以下几加注以及合理运用等方面的技术，主要包括以下几方面。方面。1）加气站技术）加气站技术 无论是压缩天然气还是液化天然气，它们向汽无论是压缩天然气还是液化天然气，它们向汽车上加注时，所需加气设备都比汽油、柴油等传统车上加注时，所需加气设备都比汽油、柴油等传统燃料的加注设备复杂一些，

30、必须保证压缩天然气的燃料的加注设备复杂一些，必须保证压缩天然气的压力和液化天然气的低温，这需要较高的技术水平。压力和液化天然气的低温，这需要较高的技术水平。2）发动机技术）发动机技术 天然气燃料的性质不同于汽、柴油，因此天然天然气燃料的性质不同于汽、柴油，因此天然气发动机的结构也不同于汽油机和柴油机，应对其气发动机的结构也不同于汽油机和柴油机，应对其燃料混合、发动机燃烧室结构、点火系统等方面的独燃料混合、发动机燃烧室结构、点火系统等方面的独特之处进行研究与开发。特之处进行研究与开发。3）气瓶技术）气瓶技术 由于汽车具有的流动性，燃料必须时刻携带。由于汽车具有的流动性，燃料必须时刻携带。绝大多数

31、绝大多数天然气汽天然气汽车都把气车都把气瓶布置在瓶布置在行李箱里，行李箱里，如图如图4.7所所示。示。 图图4.7 东风雪铁龙爱丽舍东风雪铁龙爱丽舍CNG气瓶气瓶 4.4 液化石油气液化石油气 液化石油气（液化石油气（Liquefied Petroleum Gas，简称，简称LPG）是石油产品之一，是由炼厂气或天然气）是石油产品之一，是由炼厂气或天然气(包括包括油田伴生气油田伴生气)加压、降温、液化得到的一种无色、挥加压、降温、液化得到的一种无色、挥发性气体。发性气体。液化石油气资源液化石油气资源 我国液化石油气资源包括油田和石油炼厂两个方我国液化石油气资源包括油田和石油炼厂两个方面。油田的液

32、化石油气是在伴生气的处理过程中的面。油田的液化石油气是在伴生气的处理过程中的轻烃产品，如大庆、胜利、中原等油田都有该产品。轻烃产品，如大庆、胜利、中原等油田都有该产品。 油田的液化石油气主要成分是丙烷和丁烷，其油田的液化石油气主要成分是丙烷和丁烷，其内不含烯烃，所以适于直接做车用燃料。内不含烯烃，所以适于直接做车用燃料。 表表4-8所示为我国几个石油炼厂液化石油气主所示为我国几个石油炼厂液化石油气主要成分的体积分数。要成分的体积分数。表表4-8 石油炼厂液化石油气主要成分的体积分数石油炼厂液化石油气主要成分的体积分数 （）（）石油石油炼厂厂C3H8C3H6C4H10C4H8C2H6+C2H4其

33、其他他南京石南京石油化工油化工厂厂18.1723.0629.0426.451.282.0大大庆炼油厂油厂13.6050.9031.800.203.5锦州石州石油六厂油六厂8.5024.5023.9033.401.308.44.4.2 液化石油气的主要物化特性液化石油气的主要物化特性 汽车用液化石油气的主要成分是丙烷和丁烷，汽车用液化石油气的主要成分是丙烷和丁烷，它们的主要物化特性如表它们的主要物化特性如表4-9所示。所示。表表4-9 液化石油气的主要物化特性液化石油气的主要物化特性物化特性参数物化特性参数丙丙烷丁丁烷物化特性参数物化特性参数丙丙烷丁丁烷H/C原子比原子比2.672.5理理论空燃

34、比（空燃比（质量比）量比）15.6515.43密度（液相）密度（液相）/（kgm-3）528602理理论空燃比（体空燃比（体积比）比）23.8130.95密度密度（气相）（气相）/（kgm-3）2.022.598高高热值/（MJkg-1）50.3849.56分子量分子量44.09758.124低低热值/（MJkg-1）45.7746.39沸点沸点-42.1-0.5混合气混合气热值/（MJm-3）3.493.52凝点凝点/-187.7-138.4混合气混合气热值/（MJkg-1）2.792.79临界温度界温度/96.7152.0低低热值（液（液态）/（MJL-1）27.0027.55临界界压力力

35、MPa4.253.8辛辛烷值RON111.595汽化潜汽化潜热/（kJkg-1426385着火极限（体着火极限（体积分数）分数）（%）2.29.51.98.5比比热容（液体，沸点）容（液体，沸点）/（kJkg-1K-1）2.482.36着火温度（常着火温度（常压下）下）466430比比热容（气体，容（气体，25）/（kJkg-1K-1）1.671.68火焰火焰传播速度播速度/（cms-1）3837气气/液容液容积比（比（15）273236火焰温度火焰温度/19701975液化石油气的特点液化石油气的特点1抗爆性能高抗爆性能高 2排放污染小排放污染小 3火焰传播速度慢火焰传播速度慢 4点火能量高

36、点火能量高 5与空气的理论混合气热值低与空气的理论混合气热值低 6便于携带便于携带 液化石油气在汽车上的使用液化石油气在汽车上的使用1.对车用液化石油气的技术要求对车用液化石油气的技术要求 为保证液化石油气的质量能满足汽车的使用需为保证液化石油气的质量能满足汽车的使用需求，我国对车用液化石油气的技术要求如表求，我国对车用液化石油气的技术要求如表4-10所所示。示。表表4-10 车用液化石油气技术要求车用液化石油气技术要求项目目质量指量指标试验方法方法车用丙用丙烷车用丙丁用丙丁烷混合物混合物37.8蒸气蒸气压（表（表压）/kPa14301430按按GB/T6602组分（）分（）丙丙烷60按按SH

37、/T0230丁丁烷及以上及以上组分分2.5戊戊烷及以上及以上组分分2丙丙烯55残留物残留物100mL蒸蒸发残留物残留物/Ml0.050.05按按SY/T7509油油渍观察察通通过通通过密度（密度（20或或15）/（kgm-3）实测实测按按SH/T0231铜片腐片腐蚀不大于不大于1级不大于不大于1级按按SH/T0232总硫含量（体硫含量（体积分数）（分数）（10-6）123123按按SY/T7508游离水游离水无无无无目目测2.液化石油气汽车类型液化石油气汽车类型 液化石油气汽车按燃料供给系统不同，可分为液化石油气汽车按燃料供给系统不同，可分为专用液化石油气汽车、液化石油气与汽油两用燃料专用液化

38、石油气汽车、液化石油气与汽油两用燃料汽车、液化石油气与柴油双燃料汽车等。汽车、液化石油气与柴油双燃料汽车等。 专用液化石油气汽车以专用液化石油气汽车以LPG作为惟一燃料，其发作为惟一燃料，其发动机的燃料供给系统专为动机的燃料供给系统专为LPG燃料设计，能充分发挥燃料设计，能充分发挥LPG燃料的特点，使用性能最佳。燃料的特点，使用性能最佳。 液化石油气与汽油两用燃料汽车是通过对现成液化石油气与汽油两用燃料汽车是通过对现成汽油车改装而成。有两套燃料供给系统，一套为保留汽油车改装而成。有两套燃料供给系统，一套为保留的原车供油系统，另一套为增加的的原车供油系统，另一套为增加的LPG供给装置。供给装置。

39、发动机可以分别使用发动机可以分别使用LPG和汽油作为燃料，两种燃料和汽油作为燃料，两种燃料的转换通过电磁阀实现，其典型布置如图的转换通过电磁阀实现，其典型布置如图4.8所示。所示。图图4.8 液化石油气与汽油两用燃料汽车液化石油气与汽油两用燃料汽车 由于发动机结构改动较小，因此当使用液化石由于发动机结构改动较小，因此当使用液化石油气燃料时，往往不能充分发挥其优点，导致汽车油气燃料时，往往不能充分发挥其优点，导致汽车性能不如专用液化石油气汽车。性能不如专用液化石油气汽车。 液化石油气与柴油双燃料汽车是通过对现成柴液化石油气与柴油双燃料汽车是通过对现成柴油车改装而成。油车改装而成。 同液化石油气与

40、汽油两用燃料汽车一样，也有同液化石油气与汽油两用燃料汽车一样，也有两套燃料供给系统，一套为原柴油供给系统，另一两套燃料供给系统，一套为原柴油供给系统，另一套为增加的套为增加的LPG供给装置。供给装置。 两套燃料供给系统可根据发动机的运行工况按两套燃料供给系统可根据发动机的运行工况按一定比例同时供给一定比例同时供给LPG和柴油两种燃料。和柴油两种燃料。 其中，柴油只作引燃燃料，其中，柴油只作引燃燃料，LPG是主要燃料。是主要燃料。4.5 氢气氢气氢气的特点：氢气的特点： 首先，氢气可用水来制取，并且氢气燃烧后又首先，氢气可用水来制取，并且氢气燃烧后又生成水，这种快速的资源循环，使得氢能源取之不生

41、成水，这种快速的资源循环，使得氢能源取之不尽、用之不竭，这决定了氢气将在未来可耗尽资源尽、用之不竭，这决定了氢气将在未来可耗尽资源消耗殆尽时起主导作用；消耗殆尽时起主导作用； 其次，氢气是非常理想的清洁燃料，燃烧生成其次，氢气是非常理想的清洁燃料，燃烧生成水，无水，无CO2、CO、HC、碳烟等污染物质。、碳烟等污染物质。 氢气资源氢气资源 制取氢气的资源很多，如煤、石油、天然气、制取氢气的资源很多，如煤、石油、天然气、水等，都可用来制取氢气。水等，都可用来制取氢气。氢气的主要物化特性氢气的主要物化特性 氢气的主要物化特性如表氢气的主要物化特性如表4-11所示。所示。氢气的特点氢气的特点1.着火

42、界限宽着火界限宽 2.点火能量低点火能量低 3.火焰传播速度高火焰传播速度高 4.与空气的理论混合气热值低与空气的理论混合气热值低 5.自燃温度高自燃温度高 6.燃烧排污低燃烧排污低7.发动机的热效率发动机的热效率 8.发动机的磨损量减小发动机的磨损量减小 氢气在发动机上的使用氢气在发动机上的使用 氢气既可以单独作为内燃机燃料用于发动机，氢气既可以单独作为内燃机燃料用于发动机，也可与汽油作为混合燃料用于发动机。也可与汽油作为混合燃料用于发动机。1.氢与汽油混合作为燃料氢与汽油混合作为燃料 目前，氢燃料在汽车上的使用多为氢与汽油混目前，氢燃料在汽车上的使用多为氢与汽油混合作为燃料用于发动机。合作

43、为燃料用于发动机。 2.氢气单独作为内燃机燃料氢气单独作为内燃机燃料 氢气单独作为内燃机燃料在发动机上使用，其供氢气单独作为内燃机燃料在发动机上使用，其供氢方式有缸内直接供氢法、预燃室喷氢法、进气道间氢方式有缸内直接供氢法、预燃室喷氢法、进气道间歇喷射歇喷射-电磁控制法、进气道间歇喷射电磁控制法、进气道间歇喷射-进气门座工作进气门座工作面吸入法、进气管连续喷射面吸入法、进气管连续喷射-空气导流法和进气管连空气导流法和进气管连续喷射续喷射-混合器法等几种。混合器法等几种。 为提高发动机的功率，一般采用内部混合气形为提高发动机的功率，一般采用内部混合气形成的氢发动机，即缸内直接供氢法。成的氢发动机

44、，即缸内直接供氢法。 由于喷射压力不同，有低压喷射型和高压喷射由于喷射压力不同，有低压喷射型和高压喷射型两种喷射形式。型两种喷射形式。1）低压喷射型）低压喷射型 低压喷射型的喷射压力比较低，约为低压喷射型的喷射压力比较低，约为1 MPa。它。它是在发动机压缩行程的前半行程将氢喷入缸内。其是在发动机压缩行程的前半行程将氢喷入缸内。其优点是可提高发动机的功率，不发生回火现象。优点是可提高发动机的功率，不发生回火现象。2）高压喷射型）高压喷射型 高压喷射型的喷射压力比较高，须大于高压喷射型的喷射压力比较高，须大于8MPa。它是在发动机压缩行程末上止点附近将氢喷入缸内。它是在发动机压缩行程末上止点附近

45、将氢喷入缸内。其优点是可增大发动机的压缩比，提高其热效率，其优点是可增大发动机的压缩比，提高其热效率，也不会发生回火、爆燃及早燃等现象。也不会发生回火、爆燃及早燃等现象。 德国宝马汽车公司（德国宝马汽车公司（BMW）在液氢汽车研发方）在液氢汽车研发方面一直处于领先地位，图面一直处于领先地位，图4.9所示即为该公司推出的所示即为该公司推出的使用液态氢的使用液态氢的Hydrogen 7轿车。轿车。图图4.9 BMW推出的使用液态氢的推出的使用液态氢的Hydrogen 7轿车轿车氢气的贮存氢气的贮存 氢气的贮存常用金属氢化物、高压容器、液氢氢气的贮存常用金属氢化物、高压容器、液氢三种方式。三种方式。

46、1.金属氢化物贮存金属氢化物贮存 金属及合金的氢化物吸附氢就像海绵吸水一样，金属及合金的氢化物吸附氢就像海绵吸水一样，效率很高。但金属氢化物贮氢方式的重量大，且氢效率很高。但金属氢化物贮氢方式的重量大，且氢压太低，使得氢很难直接喷入气缸。压太低，使得氢很难直接喷入气缸。2.高压容器贮存高压容器贮存 高压容器是将氢压缩后存贮其中，这种贮氢方高压容器是将氢压缩后存贮其中，这种贮氢方式能提供较高的压力。但高压容器贮氢方式的重量也式能提供较高的压力。但高压容器贮氢方式的重量也比较大，与金属氢化物贮氢方式相当。比较大，与金属氢化物贮氢方式相当。3.液氢贮存液氢贮存 液氢是把氢气液化后存贮在绝热容器中。氢

47、气液氢是把氢气液化后存贮在绝热容器中。氢气的沸点为的沸点为-253。 为此，为此，BMW开发出了如图开发出了如图4.10所示的绝热能力所示的绝热能力极佳的储气系统。极佳的储气系统。图图4.10 BMW Hydrogen 7轿车氢气钢瓶（可储存轿车氢气钢瓶（可储存8kg的液态氢）的液态氢） 液氢贮氢方式设备重量轻，并且借助小型液氢液氢贮氢方式设备重量轻，并且借助小型液氢泵还可获得泵还可获得810MPa的高压，以满足高压喷射方的高压，以满足高压喷射方式的需要。式的需要。 但这种贮氢方式需使用绝热容器，价格昂贵，但这种贮氢方式需使用绝热容器，价格昂贵，并且还容易发生蒸发泄露等。并且还容易发生蒸发泄露

48、等。氢气的安全性氢气的安全性 由于氢气的自燃温度高，若无明火，一般不会由于氢气的自燃温度高，若无明火，一般不会着火，使用比较安全。着火，使用比较安全。 另外，氢气的密度比较小，质量轻，如在贮存另外，氢气的密度比较小，质量轻，如在贮存过程发生泄漏，也会很快扩散到空气中，不会发生过程发生泄漏，也会很快扩散到空气中，不会发生爆炸或着火。爆炸或着火。 因此，氢气的使用安全性比较好。因此，氢气的使用安全性比较好。 但是，氢气在贮存、使用过程中，也存有一定但是，氢气在贮存、使用过程中，也存有一定的危险，如泄漏能力强、易被高温炽热点点燃等。的危险，如泄漏能力强、易被高温炽热点点燃等。氢气使用存在的问题氢气使

49、用存在的问题在汽车上安全方便的贮运方法在汽车上安全方便的贮运方法大量生产廉价氢气的方法大量生产廉价氢气的方法氢气燃料的供给系统氢气燃料的供给系统 但是，从长远和发展的观点来看，氢气是最有但是，从长远和发展的观点来看，氢气是最有前途的替代燃料。前途的替代燃料。复习思考题复习思考题1.目前，有广阔发展前景的替代燃料主要有哪些？目前，有广阔发展前景的替代燃料主要有哪些？2.醇类燃料有哪些特点？醇类燃料有哪些特点？3.乳化燃料燃烧有哪些显著效果？乳化燃料燃烧有哪些显著效果？4.简述天然气汽车的种类和特点。简述天然气汽车的种类和特点。5.简述简述LPG汽车的种类和特点。汽车的种类和特点。6.简述氢气在汽车发动机上的使用情况。简述氢气在汽车发动机上的使用情况。