汽车新能源与节能技术(第二版)整套课件电子教案.ppt

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周三,4,汽车节能的重要性,必要性：,随着我国经济持续快速发展和城之内化进程加速推进，今后较长一段时间内汽车需求量仍将保持增长势头，由此带来的能源紧张和环境污染问题将更加突出。,可行性：,目前公认的汽车节能减排包括三大技术措施，即提高动力总成的效率、汽车轻量化以及汽车的制动能量回收。,2025/6/4 周三,影响汽车能耗的主要因素与节能的主要途径,第三节,1,、影响汽车能耗的主要因素,（,1,）汽车结构方面,：,发动机,：,（,1,）发动机的压缩比高、有完善的供油系统及合理化的燃烧室形状、采用电子点火系统等都能降低发动机的比油耗；（,2,）柴油机由于压缩比比汽油机高得多，因此柴油机比汽油机的油耗低；（,3,）在行驶条件许可的情况下不必追求汽车装备大功率的发动机以增加负荷率；（,4,）混合动力汽车在减速、制动过程中不但可以不消耗燃油，还能回收制动能量，在停车时也可以关闭发动机而不消耗燃油，由于混合动力汽车可以实现不同工况下较好的能量流管理，从而大大提高了汽车的燃油经济性；（,5,）柴油机采用高压共轨技术，使燃油喷射系统可对喷油定时、喷油持续期、喷油压力、喷油规律等进行柔性调节，可进一步提高柴油机的经济性。,2025/6/4 周三,传动系：,汽车传动系效率越高，传递动力的过程中能量损失越小，汽车的油耗就越低。可通过增加汽车档位或使用无级变速器实现节油。,汽车总质量：,汽车总质量影响到汽车的滚动阻力、爬坡阻力和加速阻力，对汽车的燃油经济性影响很大。可将汽车轻量化：采用轻型材料，减轻汽车自重，采用轻型设计技术，使构成部件、附属品轻型化。,汽车的外形：,降低空气阻力是节约燃油的有效途径，通过优化汽车外形可降低车辆的空气阻力系数，从而减少油耗。,轮胎：,轮胎结构对滚动阻力影响很大，改善轮胎结构可减小汽车油耗。目前降低滚动阻力的最好办法是使用子午线轮胎。,（,2,）汽车的使用方面：,包括行驶车速、档位选择、挂车的选用以及正确的保养与调整。,（,3,）新能源技术方面：,电能、太阳能、混合动力能源等新能源汽车,2025/6/4 周三,2,、汽车节能的主要途径,（,1,）车辆技术方面,2025/6/4 周三,（,2,）道路辅助设施及汽车维修方面,2025/6/4 周三,（,3,）汽车运用方面,汽车新能源与节能技术,概述,天然气汽车,液化石油气汽车,第一节,第二节,第三节,醇类燃料汽车,第四节,氢气汽车,第五节,电动汽车,第六节,第一节,概述,替代能源汽车的概念及基本要求,所谓替代能源汽车，是指不以或者不全以汽油、柴油为动力能源的汽车。,替代能源汽车应满足一下基本要求：,（,1,）替代能源汽车的性能不低于石油燃料汽车，包括动力性、经济性、安全性等；,（,2,）替代能源汽车对环境的影响尽可能小。替代能源汽车的排放污染少，最好能实现零排放；,（,3,）替代能源汽车的价格不应过高。,（,4,）替代能源资源丰富。,（,5,）使用方便。,1,2025/6/4 周三,2,替代能源汽车的种类,天然气汽车,第二节,1,天然气汽车概述,天然气的体积和质量低热值都比汽油柴油高，因为密度低，所以理论混合气热值比汽油柴油抵。天然气只能点燃不能压燃，而且具有很高的抗爆性能，通过提高压缩比，可以大幅度地提高天然气汽车的动力性和燃料经济性。天然气与空气混合后具有很宽的着火界限，这种性能为发动机稀燃技术提供了保证，从而进一步提高燃料经济，降低排放。总的来说，天然气与汽油和柴油相比较，它们的特性有很大差异。,天然气汽车的类型,2,（,1,）按储存天然气的压力和形态：压缩天然气汽车、常压天然气汽车、液化天然气汽车、吸附天然气汽车；,（,2,）按燃料的组成与应用：单燃料汽车、,CNG-,汽油两用燃料汽车、,CNG-,柴油双燃料汽车；,（,3,）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）,2025/6/4 周三,1,、压缩天然气供气专用部件结构及原理,（,1,）负压输出的减压调节器,减压调节器是,CNG,汽车的核心及关键部件，其性能好坏直接影响整车的性能。下面介绍的是三级减压调节器，它的输出压力为负值，工作原理如图,2-1,所示。,压缩天然气汽车,3,2025/6/4 周三,高压天然气经过天然气滤清器后，进入到常闭式高压电磁阀，以控制供、断天然气。与常规的电磁阀不同的是增加了一个先导阀，先导阀套装在电磁阀芯上，通过销钉连接为一体，先导阀销孔比销钉直径大，因而两者间存在相对运动。先导阀中心有一个小孔，能使电磁阀的高压室与低压室相通，先导阀下端装有,O,形密封圈，电磁阀芯下端有密封胶垫。在电磁线圈未通电时，电磁铁芯在复位弹簧的作用下，将先导阀的小孔密封，继而推动先导阀将,O,形密封圈压在阀座上，通道全部关闭。当电磁阀通电时，由于电磁铁的磁力较小，不能直接把主通道打开，只能先打开先导阀的小孔，这时高压腔的高压气通过小孔流到低压腔，使高低压腔压差减小，然后电磁铁芯通过连接销，将先导阀一起提起，打开主通道。,一级减压阀在未通入高压气体时，在压力弹簧的作用下，使膜片向下运动，带动杠杆转动，使阀芯与阀口保持一定间间隙，阀口处于常开状态。当通入高压气体时，减压室的压力逐步增高，达到额定输出压力时，气体作用在膜片下方的压力克服弹簧的弹力，使膜片向上动作，从而带动杠杆转动，使阀口关闭。当减压室的气体向二级阀输出后，压力降到额定输出压力以下时，在压力弹簧的作用下又使阀口打开，如此反复，使一级减压阀在保证流量的基础上，出口压力稳定在一定数值内。,2025/6/4 周三,二级减压阀的阀口也处于常开状态，高压天然气经过一级减压后进入二级减压室，此时二级减压室内的压力逐步升高，达到额定输出压力时，气体作用在膜片上方的压力克服弹簧的弹力，使膜片向下动作，从而带动杠杆转动，使二级减压阀阀口关闭。当减压室的气体向三级阀输出后，压力降到额定输出压力以下时，在弹簧的作用下又使阀口打开，如此反复，使出口压力稳定在一定数值内。,三级减压阀的阀口处于常闭状态，阀的开闭由发动机进气真空度控制，输出压力可通过压力弹簧的预紧力进行调节。当阀室内真空度为零时，在压力弹簧的作用下，阀口处于关闭状态。当阀室处于负压时，由于膜片上方与大气相通，膜片两边出现压力差，膜片向阀里运动，带动杠杆克服弹簧压力，使阀口打开供气。当减压室负压减小时，在压力弹簧作用下，阀口又处于关闭状态，如此反复，就使减压阀出口压力稳定在一定数值内。,经过三级减压调节器减压后，输出的天然气流量岁发动机工况变化而变化，完全由发动机进气真空度调节，发动机转速高吸力大时，减压器各阀开度变大，输出流量增大，反之则减少。因而能满足发动机各种工况的供气量。,2025/6/4 周三,（,2,）文丘里管结构混合器,混合器的结构与类型应与所使用的减压阀相匹配，由于三级减压阀出口压力为负压，为了与此减压调节阀相匹配，混合器应该设计为文丘里管结构，安装在空气滤清器与化油器之间，该混合器由壳体和芯子两部分组成，芯子喉径最小处均匀分布一圈小孔，壳体上有天然气进气道，其结构如图,2-2,所示。,这种混合器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，该混合器结构虽然简单，但其设计参数直接影响发动机的性能，混合器喉径过大，真空度小，不灵敏，过小，吸入空气量少，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。,2025/6/4 周三,（,3,）正压输出的减压调节器,图,2-3,为输出压力大于零的减压调节器结构原理图。其基本工作原理是：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。,2025/6/4 周三,2025/6/4 周三,（,4,）比例调节混合器,比例调节混合器工作原理如下：当发动机起动运行时,(,图,2-4,),，发动机进气歧管产生真空，进而化油器上部形成真空，当真空度大于,0.2kPa,时，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，当发动机停止工作时,(,图,2-4b),，发动机化油器进气管压力与大气相等、气室,B,通过管道,E,进入空气，气压达到大气压力，这样混合器膜片就不承受向上的压力,.,。在混合器弹簧的压力下，关闭天然气进气管道，天然气不再进入发动机，当发动机回火时，回火的气体一部分通过混合器空气阀口向进气管泄出，一部分通过管道,E,进入气室,B,，在气室中膨胀，通过混合器防爆皮碗,N,向大气排出，保护混合器膜片不受损坏。,2025/6/4 周三,2025/6/4 周三,2,、,CNG-,汽油两用燃料汽车,所谓,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”，改装后的汽车油气两种燃料切换非常方便，既可使用原来的汽油工作，也可以用天然气工作，但不能同时使用。“车用压缩天然气装置”由天然气储气系统、天然气供给系统、油气燃料转换系统,3,个系统组成，天然气储气系统主要由充气阀、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组成，天然气供给系统主要由天然气滤清器、天然气高压电磁阀、减压调节阀、混合器等组成，油气燃料转换系统主要由油气燃料转换开关、天然气电磁阀、汽油电磁阀等组成。,机电控制式车用压缩天然气装置工作原理如图,2-5,所示。,2025/6/4 周三,充气站将压缩天然气通过充气阀充入储气瓶至,20MPa,，,当使用天然气作燃料时,，,手动截止阀打开,，,安装在驾驶室内的油气燃料转换开关扳到,“,气,”,的位置,，,此时天然气电磁阀打开,，,汽油电磁阀关闭,储气瓶内的,20MPa,高压天然气通过高压管路进入减压调节,器减压,再通过低压管路,、,动力阀进入混合器,并与经空气滤清器进入的空气混合,经化油器通道进入发动机汽缸燃烧,减压调节器与混合器相匹配,根据发动机的各种不同工况产生不同的真空度,自动调节减压调节器的供气量并使天然气与空气均匀混合,满足发动机不同工况的使用要求,。,当使用汽油作燃料时,将油气燃料转换开关扳到,“,油,”,的位置,此时天然气电磁阀关闭,汽油电磁阀打开,汽油通过汽油电磁阀进入化油器,并吸入汽缸燃烧,有的,CNG,汽车用晶体管电动油泵代替汽油电磁阀,其性能基本相同,。,2025/6/4 周三,3,、电控喷射天然气汽车,当代车用发动机大多使用电控喷射技术，以完善发动机的工作过程和实现最佳的动力性、经济性以及低排放性能。电控喷气技术是气体燃料发动机先进的燃料供给形式。,（,1,）电控喷气形式,缸外供气方式：将气体燃料喷射到进气门之前的进气道或进气管中；缸内喷射是指将气体燃料直接喷到汽缸内，喷气阀装在汽缸盖上。,（,2,）,电控喷气系统的组成及工作原理,从功能上看，电控喷气系统由空气供给系统、燃气供给系统和控制系统三大部分组成。空气供给系统主要包括空气滤清器、进气管和进气歧管等，这些部件与一般发动机的空气供给系统基本相同，燃气供给系统主要包括储气瓶、燃气过滤器、调压器、喷气阀和输气管线等。控制系统主要包括传感器、电控单元和执行元件。,2025/6/4 周三,在发动机运转过程中,，,空气自空气滤清器吸入后,，,经进气管,、,节流阀体,、,进气门进入汽缸，气体燃料从储气瓶输出后,，,经燃气过滤器滤去杂质,，,再经减压阀降至所要求的压力,，,最后电控系统中的电控单元根据各种传感器传来的信息,，,经分析处理,、,计算出与发动机运行工况相对应的最佳供气量并向燃气供给系统中的喷气阀发出控制指令,。,图,2-6,为天然气电控缸内喷射系统示意图,。,图,2-6,天然气电控缸内喷射系统示意图,2025/6/4 周三,1,）,HSV,型电控气体燃料喷射阀,HSV,电控气体燃料喷射阀工作原理及安装布置如图,2-7,所示，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右运动，使,CNG,通道打开，实现供气。当电磁线圈,8,通电时，衔铁,10,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，从而关闭燃料气道，停止供气。,图,2-7,HSV,型电控气体燃料喷射阀工作原理及安装布置,-CNG,管路接头,；,-,密封垫；,-,阀座；,-,球阀；,-,阀体；,-,极靴；,-,推杆；,-,电磁线圈；,-,导线；,10-,衔铁；,11-,隔热垫；,12-,缸盖,2025/6/4 周三,此外,，,由于该喷射器在火花塞点火之前就已完全关闭,，,做功行程时缸内燃气的高压可使喷射器出气口处的压力高于喷射器进气口,，,这个压差和电磁推力一起使钢球阀更紧密地靠在密封座上,，,从而可确保高压燃气不会反流到,CNG,供气管道内，这种结构布置消除了高温高压燃气反流的现象,。,)DDEC,天然气,柴油喷射器,DDEC,天然气,柴油喷射器是国外近几年开发的天然气喷射器装置,它主要利用原来,DDEC,电控柴油泵喷嘴改造研制而成,，,实现了天然气,柴油双燃料工作过程的油气燃料缸内电控喷射,，,是一个典型的天然气高压喷射装置,，,喷气压力在,12-16MPa,，,其喷射装置结构如图,2-8,所示,。,图,2-11 DDEC,天然气,柴油喷射器,2025/6/4 周三,DDEC,天然气,柴油喷射器的喷射时刻和持续时间是由电磁阀的电子控制和液压系统控制相结合,类似于柴油电控泵喷嘴系统,液压压力是由凸轮轴推动柱塞而形成,在柱塞向上运动的最初阶段,，,电磁阀保持断电的常开状态,，,使柴油充入柱塞腔内,。,当,DDEC,控制单元发出喷射开始信号,，,电磁阀关闭,，,凸轮轴向下推动柱塞压缩柴油产生高压,，,一旦柴油压力达到喷射始点压力,，,柴油针阀开启,开始喷射引燃柴油,，,而后随着气体燃料压力腔内压力的提高,，,气体针阀克服其弹簧压力后开启,，,实现缸内气体燃料喷射,，,气体喷射的同时将进一步阻止柴油喷射,，,实现减少引燃柴油量的目的,。,通常气体喷射压力选择在,12-16MPa,范围内,。,气体燃料相对于柴油的喷射始点主要由作用于气体针阀的弹簧强度确定,，,而气体燃料喷射的持续时间可由电磁阀电控实现。,从电磁阀命令信号开始到柴油针阀开启的延迟时间主要取决于电控过程的响应和液压压力的建立,，,因此,，,电磁阀及其电控单元需要具有良好的动态响应特性,，,而液压压力的建立过程主要决定于凸轮及发动机转速,，,图,2-9,给出了一个典型的,DDEC,天然气,柴油喷射器压力变化曲线,，,以及柴油和气体燃料喷射时刻的基本情况,。,2025/6/4 周三,图,2-9 DDEC,天然气,-,柴油喷射器压力变化曲线,2025/6/4 周三,天然气汽车性能评价,4,（,1,）较低的污染排放,（,2,）良好的运行经济性,（,3,）可靠的安全保障,2025/6/4 周三,液化石油气汽车,第三节,液化石油气的主要成分是丙烷，此外还含有少量的丁烷、丙烯和丁烯。,液化石油气汽车的结构与工作原理,1,1,、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,被发动机冷却液加热后蒸发汽化，再经减压,(,接近大气压,),供发动机使用。图,2-10,为蒸发调压器结构原理图。从,LPG,气瓶中流出的,LPG,在蒸发调压器中汽化，并经两级减压后供给混合器。,2025/6/4 周三,图,2-10,蒸发调压器结构示意图,1-,一级减压阀门,；,-,一级减压杠杆,；,-,一级减压室膜片；,-,一级膜片弹簧；,-,一级减压室压力调整螺钉；,-,一级减压室；,-,滤网；,-LPG,进口；,-,加热水腔；,10-,加热水出口；,11-,温控开关；,12-,加热水入口；,13-,真空管及接头,(,接进气管,),；,14-LPG,出口；,15-,真空气室；,16-,真空室膜片弹簧；,17-,二级减压室；,18-,二级减压室膜片；,19-,二级膜片弹簧；,20-,二级减压杠杆；,21-,怠速调整杠杆；,23-,怠速调整螺钉；,22/24-,稳定弹簧；,25-,二级减压阀门；,26-,加浓电磁阀；,27-,加浓量孔,2025/6/4 周三,2,、单燃料（,LPG,）汽车,与传统的汽、柴油机相比液化石油气汽车变化最大的是燃料供给系，,LPG,与天然气的燃料供给系基本相同，都是由储气系统和燃气供给系统组成，燃气供给系统包括过滤器、蒸发调压器、混合器、低压软管及循环水软管等，如图,2-11,所示。,图,2-11,LPG,燃料供给系的组成,2025/6/4 周三,3,、液化石油气,-,汽油两用燃料汽车,LPG-,汽油两用燃料汽车与传统汽油车的区别，是增加一套,LPG,燃料供给系统。,LPG,燃料供给系统包括：储存液化石油气的钢瓶、蒸发调节器、混合器、电磁阀和控制系统等。图,2-12,所示是,LPG-,汽油两用燃料供给系统工作原理图。,图,2-12,汽油两用燃料供给系统工作原理图,1-LPG,钢瓶,;2-,液位显示表,;3-,油气选择开关,;4-,放气阀,;5-,充气阀,;6-,高压管路,;7-,滤清器,;8-LPG,电磁阀,;9-,高压管路,;10-,蒸发调节器,;11-,排气阀,;12-,冷却液管路,;13-,负压通路,;14-,化油器,;15-,混合器,;16-,汽油电磁阀,;17-,油泵,;18-,点火系统,2025/6/4 周三,4,、,液化石油气,-,柴油双燃料汽车,LPG-,柴油双燃料发动机的液化石油气供给系统，也是由液化气气瓶、蒸发器、减压阀、调节阀、混合器和节流阀等组成。,LPG-,柴油双燃料发动机和,CNG-,柴油双燃料发动机一样，用柴油起动。待发动机冷却水温度达到正常范围后，打开液化石油气气瓶阀门，液化气在瓶内气体压力作用下流入蒸发器。在蒸发器内，液化气吸收来自发动机冷却液的热量，完全蒸发变成气体，气态液化石油气流入减压阀降压，使钢瓶内的压力降至某一数值，该数值可根据发动机运行要求进行调整，降压后的液化石油气进入调压阀，调压阀根据发动机运行工况，利用混合器真空度自动调节流入混合器的液化气量，液化气进入混合器与空气均匀混合，在混合器下方的节流阀，通过联动机构与柴油机调速机构的操纵手柄相连，操纵手柄根据发动机运行工况移动时，联动机构使节流阀随之成正比变化，从而可以根据发动机运行工况，对液化气和空气的混合气实行量的调节。,2025/6/4 周三,液化石油气汽车的性能评价,3,1,、,LPG,汽车的动力性,LPG,与汽油相比，其辛烷值高，发动机的运行更为平稳，起动加速稍比汽油差，适宜于在城区道路上作中速行驶。,2,、汽车的燃料经济性,LPG,与空气混合气的形成质量高、燃烧更为完全，在整个负荷范围，燃用,LPG,的燃油经济性均优于燃用汽油。,3,、,LPG,汽车的排放,由于,LPG,与空气混合气的形成质量优于汽油与空气混合气，燃烧较为完全，在整个混合气浓度范围内，燃用,LPG,比燃用汽油的,HC,排放浓度低，其,CO,排放与燃用汽油相比大幅度下降。,2025/6/4 周三,第四节,醇类燃料汽车,醇类燃料汽车概述,1,醇类燃料主要是指甲醇和乙醇，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，醇类燃料可以和汽油或柴油按一定的比例配制而成混合燃料，也可以直接采用醇类燃料作为发动机的燃料。,醇类燃料的特点是：辛烷值比汽油高、汽化潜热大、热值低、腐蚀性大、醇混合燃料容易发生分层。,醇类燃料在发动机上的燃用方式,2,2025/6/4 周三,醇类燃料在发动机上的参数选择,3,1,、,汽油机使用醇类燃料时的参数选择,（,1,）提高压缩比,充分利用醇类燃料辛烷值高、抗爆燃性好的特点，汽油机可将压缩比提高到,12-14,，一般认为压缩比大于,12,，热效率的提高就不太明显，提高压缩比要考虑燃烧室的形状、缸内气流运动方向及强度，与火花塞位置的配合，能否实现最佳的燃烧过程，从理论上分析，一般原汽油机缸内有组织的气流运动较弱，在改用醇燃料，提高压缩比时，应组织较强的气流运动，使醇燃料与空气混合得更有效，较强的充量扰动会使激冷层范围减少和激冷层变薄，同时在提高压缩比、改动燃烧室形状及尺寸时，应尽量减少有害缝隙容积，在高压缩比及高功率情况下，要注意醇燃料早燃及爆燃的可能。,（,2,）改善燃油分配均匀性及供油特性,由于功率相等时甲醇的容积耗量比汽油大一倍多，因此要重新选配化油器或改变原化油器量孔的大小。现代汽车汽油机几乎全部采用喷油器，改用甲醇或乙醇时，要,2025/6/4 周三,考虑其流量特性是否满足要求及材料的相容性，重新确定混合气的空燃比，由于甲醇、乙醇的汽化热高，每循环供应量大，在发动机实际运转时很难完全汽化，如用化油器供醇或单点喷射醇，各缸间分配不均匀性比单独使用汽油时突出，各缸分配不均匀将导致燃烧不完善，负荷不均匀，功率下降及油耗增加。如果采用使各缸进气管的长度及阻力尽可能一致、混合气进行预热等措施，则有可能改善混合气的形成及均匀分配。甲醇混合气的预热可以提高中、低负荷时的燃油经济性，降低排放，但预热过度则会使最大功率下降。,（,3,）混合气空燃比的调整,醇燃料混合气的可燃界限范围宽，通常汽油机改用醇燃料后会提高压缩比，提高了缸内气流运动速度及压缩行程终点的缸内温度，这都有可能使用更稀的混合气，如果不采用三元催化器、不要求在理论空燃比附近工作时，汽油机改用醇类燃料后，都需要调整混合气空燃比，使用更稀的混合气工作，如果压缩比提高的幅度较大，则可用更稀一点的混合气工作，从而可以提高热效率。,2025/6/4 周三,（,4,）火花塞及点火时间的选择,甲醇容易因炽热表面引起着火，最大火花塞温度易低于汽油机的火花塞温度，所以需要较冷型火花塞。醇燃料的汽化潜热及着火温度与汽油的不同，因此点火提前角及火花塞间隙也应不同，尽管甲醇的着火界限宽，但是由于汽化潜热大，蒸汽压低及各缸间混合气较大的不均匀性，在发动机较冷的状态下，难以稳定着火，可能的改善措施包括：增加点火能量、延长点火时间、采用多电极及电极局部侧面有屏障的特种火花塞等。,2025/6/4 周三,2,、,柴油机使用醇类燃料时的参数选择,（,1,）压缩比的选择,大多数柴油机压缩比的范围为,16-20,，较高的压缩比有利于醇类燃料的汽化、混合气的形成及稳定的着火，当使用电热塞助燃时，高压缩比会降低电热塞所需功率，提高使用寿命，然而压缩比过高也会使醇类燃料早燃或爆燃。,（,2,）电热塞与火花塞,柴油机改用醇燃料后，需要采用火花塞或电热塞助燃，火花塞助燃如图,2-13,所示，电热塞助燃如图,2-14,所示，对于火花塞助燃法，位于汽缸中心的喷油器将燃油喷射碰撞在活塞顶中央的圆盘上，对于电热塞助燃法，燃油喷射在固定缸盖中心部位的圆盘上。两种方法都是采用针阀式单孔喷油嘴，压缩比分别为,16.4,及,16.5,，喷启压力为,7MPa,。,2025/6/4 周三,图,2-13,火花塞助燃,图,2-14,电热塞助燃,2025/6/4 周三,多数柴油机的燃烧室位于活塞顶,，,在压缩行程末期,，,燃烧室内会产生有组织的较强的气流运动,，,汽油机使用的火花塞不适宜用于醇燃料柴油机,，,醇燃料柴油机采用长电极,、,较冷型的火花塞,，,或采用多极火花塞,、,带屏障等特种火花塞,，,布置火花塞的原则是要能接触到较丰富的混合气,，,而又不会让气流吹熄火花,，,在直喷燃烧室中,，,火花塞布置在喷油嘴附近或喷油嘴的对面,。,在国产缸径为,95mm,柴油机的涡流燃烧室中,，,为使缸盖结构变动较小,、,火花塞或电热塞布置在水平位置上,，,如图,2-15,所示,。,研究表明,，,需要采用较长的火花塞或电热塞,，,使电极或电热塞的炽热体达到,B,或,C,位置,，,并采用无触点晶体管点火装置,，,增加喷油提前角,。,如果火花塞跳火缝隙处于,A,或,D,位置,则会因气流或激冷层的影响以及混合气过稀而不易着火,。,图,2-15,火花塞或电热塞在缸盖上的布置,2025/6/4 周三,3,、醇类燃料汽车的供给系,醇燃料汽车供给系的主要部件是油泵、喷油器、油箱及过滤器。,现代醇燃料汽车大多数采用电磁阀喷油器，其结构如图,2-16,所示。用不锈钢制造喷油器本体，各处密封件的材料是氟化橡胶，而其中小型醇燃料过滤器则是用能与醇燃料相容的金属粉末烧结而成，孔隙甚小，喷油器的流量范围既要能满足全负荷时醇燃料循环供应量的要求，又要满足使用汽油时小流量要求。,图,2-16,醇燃料汽车电磁阀喷油器,2025/6/4 周三,第五节,氢气汽车,作为内燃机燃料，氢主要有以下特点：,(,),氢是所有元素中质量最轻的,14.5,(,),氢的沸点为,-253,，常温常压下为气体，携带性和安全性差；,(,),氢极易点燃，最小点火能量只有汽油的,1/3,，火焰传播特性也很好,，容易实现稀薄燃烧，但自着火温度,(,在标准大气压力下,),高达,850K,，高于柴油的,620K,和汽油的,770K,。,(,),氢的质量低热值非常高，是汽油的,2.7,倍；,(,),氢燃料中不含碳元素，因而不排放,CO,、,HC,及硫化物；,(,),氢气在汽车上的储存十分不便；,(,),动力性较差。,氢燃料汽车概述,1,2025/6/4 周三,氢的制取与储存,2,1,、,氢的制取,电解水制氢是目前应用比较广泛且比较成熟的方法之一,。,电解水制氢过程是氢与氧燃烧化合成水的逆过程,，,因此只要提供一定形式的能量就可使水分解,，,太阳能取之不尽,，,因而可将无限分散的太阳能转化成电能,，,然后再利用电能来电解水制氢,。,2,、氢的储存,低温吸附方法、复杂金属氢化物的分解、储氢箱、纳米碳素纤维储存氢气、氢气转换技术。,2025/6/4 周三,氢燃料汽车的类型及应用,3,1,、氢燃料汽车的分类,氢燃料汽车按氢储存的压力和形态有压缩氢汽车、液化氢汽车和吸附氢汽车三种；氢燃料汽车按混合气形成方式有预混合缸内直喷两类。,2,、气态氢燃料在汽车上的应用,汽车使用氢燃料较简单的技术是在发动机进气管里进行预混，经过进气道在进气行程送入汽缸，由火花塞或电热塞引燃，也可以用柴油引燃。理论分析、试验结果及实践经验都表明，采用缸内形成混合气的氢燃料汽车的动力性、热效率及燃料经济性都明显地优于使用石油燃料的汽车。,3,、液态氢燃料在汽车上的应用,为了减小金属氢化物储氢及高压储氢方法附属装置的外形尺寸和质量，以及避免使用。这些方法的一些缺点，有些汽车使用液态氢作燃料，并用喷氢器直接将氢喷入缸内，目前这种方法也有不足之处需研究解决，例如需要深冷技术制备液态氢、绝缘性很好的液态氢瓶、材料性能要求很高的液态氢泵等，然而这是能使汽车具有优良性能的技术先进的方法。,2025/6/4 周三,氢燃料汽车的性能评价,4,2025/6/4 周三,2,、排放性,氢完全燃烧的产物只有,这么一种无害的物质,，,实际上由于空气参与燃烧,，,空气中的氮在燃烧的高温下会生成,，,在废气中还会含有未参与燃烧的,和剩余的,，,以及没有来得及燃烧的,，,此外,，,如果润滑油窜入燃烧室,，,则废气中还会含有石油燃料的排放物如,、,、,醛甚至微粒,，,不过很少,。,2025/6/4 周三,第六节,电动汽车,电动汽车的发展优势以及所面临的问题,1,1,、,电动汽车的发展优势,(,),电动汽车结构简单,，,无须更换机油,、,油泵,、,汽化器及消声装置等,，,无须添加冷却液,，,它的日常维修工作极少,使用方便,；,(,),电动汽车是典型的零排放汽车，本身不产生任何废气，也无冷却剂、机油等污染物；,(,),在都市行车时，为了等候交通灯，必须不断地停车和起动，这既造成了大量的能源浪费，又增加了已十分严重的空气污染，而对电动汽车，遇到制动减速或下坡行驶时，可以通过电子控制器，将车辆的行车动能“再生”地转化为电能并贮存于蓄电池之中，电动汽车的起动速度相当快，在遇到红灯停车时，还可以不必让电动机空转，大大提高能源的使用效率，重新起动也不会产生大量的废气，可以减少空气污染；,2025/6/4 周三,(,),汽车噪声已经成为一种严重的污染而危害到人们的身心健康，与形成这些噪声的燃油汽车相比，电动机的运行噪声要小得多；,(,),现在高性能的电动汽车通常是专门设计制造的，这种专门设计制造的电动汽车以原有的车体和车架设计为基础，满足电动汽车独有的结构要求并充分利用了电力驱动的灵活性；,(,),制动能量的回收有利于电动汽车的节能和延长电动汽车的行驶里程，这是电动汽车节能的重要措施之一，也是优势之一，再生制动在内燃机汽车上是不能实现的，在电动汽车的制动系统中，还保存了常规的制动系统和,ABS,制动系统，保证车辆在紧急制动时，有可靠的制动性能。,2025/6/4 周三,2,、普及电动汽车所面临的问题,图,2-16,电动汽车的主要技术课题,2025/6/4 周三,蓄电池,2,蓄电池技术不仅是电动汽车的关键技术，也是制约电动汽车发展的最大因素。电动汽车对蓄电池的要求主要有,7,个方面：能量密度,(Wh/kg)(,又称比能量,),、功率密度,(W/kg)(,又称比功率,),、循环寿命,(,充放电一次为一个循环,),、起动性能,(,预热时间和从起动到最高速所需时间,),、价格费用,(,电池价格和运行费用,),、可靠性,(,恶劣条件下的故障率,),、安全性,(,操作安全和对人体、环境的安全性,),。,蓄电池的类型主要有铅酸蓄电池、镍,氢电池、钠,氯化镍电池、锂电池、钠,硫电池、镍,镉电池以及飞轮电池等。,2025/6/4 周三,电动机,3,电动汽车的另一个关键部件是电动机，目前的蓄电池尚不能够为电动汽车提供足够的续驶里程，而电动机是将蓄电池的能量转换成机械能来驱动电动汽车的，所以电动机驱动系统是否高效十分重要。能够适用于电动汽车驱动的电动机有传统的直流电动机、交流异步电动机、永磁式无刷电动机和开关式磁阻电动机等，不同的电动机有不同的特性和控制方法，工作电压也不同，但是电动机选择的原则应该是转矩,/,转速特性与电动汽车的负载特性匹配良好，即低速发出大转矩，高速发出小转矩，动态特性好、能迅速和平滑地控制电机的转矩，适应电动汽车起动、停车、加速和减速的要求，同时满足高的效率、较低的成本、坚固以及维修简单等。,2025/6/4 周三,电动汽车基本结构及其工作原理,4,电动汽车的基本结构可分为三个子系统,，,如图,2-17,所示,，,即电力驱动子系统,、,能源子系统和辅助控制子系统,。,图,2-16,电动汽车的基本结构,2025/6/4 周三,其中,，,电力驱动子系统又由电控单元,、,功率转换器,、,电动机,、,机械传动装置和驱动车轮组成,，,如图,2-18,所示，能源子系统由能量源,、,能量管理系统和能量构成,，,辅助控制子系统具有动力转向,、,温度控制和辅助动力供给等功能,。,图,2-18,电力驱动子系统,2025/6/4 周三,混合动力电动汽车,5,混合动力电动汽车,(Hybrid Electric Vehicle:HEV),是指包含两种或两种以上动力源并能协调工作的车辆,，,混合动力电动汽车充分利用各种动力源的优点,，,通过自动控制形成最优匹配,，,通常其中一种动力源可以存储另一种动力源的多余能量以及回收存储车辆减速时的制动能,，,能将它们传输给传动系统,，,供附件使用或用于协助驱动车辆,。,根据动力系统的结构形式不同，混合动力电动汽车有串联混合动力电动汽车、并联混合动力电动汽车和混联混合动力电动汽车三种类型。,2025/6/4 周三,延长电动汽车续驶里程的技术措施,6,1,、,插电式混合动力电动汽车,(Plug-in Hybrid Electric Vehicle:PHEV),2,、增程式电动汽车,(,Extended-range Electric Vehicle:EREV,),2025/6/4 周三,燃料电池电动汽车,7,燃料电池是一种把燃料氧化的化学能直接转换为电能的,“,发电装置,”，,它能够使用多种燃料,，,可以是石油燃料也可以是有机燃料,，,还可以使用包括再生燃料在内的几乎所有的含氢元素的燃料,。,燃料电池发动机是,FCEV,主要的电源，一般由多个单体燃料电池组成，单体电池的电压一般在,V,以下，即使采用串联的方法来提高输出电压，也需要串联大量的单体燃料电池才能达到，一般用燃料电池管理系统模块进行电源的管理，对燃料电池状态进行监控和检查，燃料电池的电流需要经过专用的大功率动力,DC/DC,转换器，将燃料电池产生的直流电转换为稳压的直流电流，然后经过逆变器转换为交流电输送给驱动电动机，除此之外，在装有空调系统和电动油泵转向系统的,FCEV,上，燃料电池组还要向它们提供电能，通常在,FCEV,上还要装配一个普通蓄电池组作为辅助电源。,2025/6/4 周三,多个单体燃料电池串联的结构形式给燃料电池组的密封提出了很高的要求,，,在氢气进入燃料电池之前,，,氢气与氧气,(,空气,),应完全隔绝并有严密的防泄漏的装备,。,如果密封不好,，,氢气与氧气在反应前因泄漏而混合,，,会严重地影响燃料电池的效率,，,如果氢气泄漏到系统外,，,在适当的条件下,，,可能引发氢气的燃烧,，,严重的还会因氢气泄漏而造成爆炸事故,。,第三章