新能源汽车讲解

新能源汽车

新能源又称非常规能源，是指传统能源之外的的各种能源形式。新能源汽车是相对于传统汽车提出来的，传统的汽车是以汽油、柴油为燃料，而新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进，具有新动力系统的汽车。目前在工程上可实现的新能源汽车技术包括：混合动力、天然气车、纯电动车和燃料电池。同时新能源汽车被认为是现阶段减少空气污染和减缓能源短缺的有效方式。

下面介绍其他新能源汽车：主要讲述天然气汽车，液化石油气汽车，醇类燃料汽车。

天然气汽车是以天然气为燃料的一种气体燃料汽车，天然气的主要成分是甲烷。进入21 世纪以来，天然气被认为是最为实现和技术上比较成熟的车用汽油、柴油的代用燃料，天然气汽车已在世界和我国各省市得到了推广应用。

一．天然气汽车种类按照所使用天然气燃料状态的不同，天然气汽车可以分为：（1）压缩天然气（Compressed Natural Gas,简称CNG 汽车

CNG是指将输气管内相对低压的天然气通过压缩系统压缩到3000-

3600psig （20.7 —24.8 MPa的压力的天然气。经压缩后的天然气通

过加气机，按重量以千克为单位）或当量汽油升（GLE以与汽油所含能量相等为基础）计量，加注到汽车的车载高压气瓶中作为汽车

运行的燃料。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，由于组分简单，易于完全燃烧，加

上燃料含碳少，抗爆性好，不稀释润滑油，能够延长发动机使用寿命。

（2）液化天然气（Liquefied Natural Gas ,简称LNQ 汽车

LNG是天然气经过预处理，脱除重烃、硫化物、二氧化碳和水等杂质后，深冷到-162 C,形成液态的天然气（LNG。以液化天然气（LNG作汽车燃料的车辆，称为LNG气车，对在用车来讲，将定型汽油车改装，在保留原车供油系统的情况下，增加一套专用液化天然气装置，便形成LNG汽车。也有直接从工厂出来的单一的LNG^车。

1立方米体积液化天然气（LNG可以转化为625立方米标准状态（气态）下的天然气； 1 吨液化天然气可以转化为1350立方米标准状态（气态）下的天然气。

二．天然气汽车的特点

（1）天然气汽车具有保护环境，经济，安全的特点总所周知，以汽油、柴油为燃料的汽车尾气中含有一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物，以及铅、硫化物、苯并（a）花等有害物质。这些有害物质在阳光照射下，经过光化学反应会产生对人体非常有害的光化学烟雾。目前汽车尾气造成的大气污染，已经对我们的生活造成了严重危害。上海市1995年6 月份出现了较大范围的光化学烟雾; 广州市空气污染程度超过了国家规定的 1.6 倍，并已出现光化学烟雾污染的先兆。根据环保部门统计，城市在非采暖期，机动车辆尾气排放的一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物分别占大气污染物各自比例的61%、55%、87%。汽车排出尾气是大气污染的最大污染源。以北京1994年80万辆汽车计，每天向空气中排放2200 吨一氧化碳、110吨氮氧化物、300 吨碳氢化合物。因此，目前城市对汽车尾气的问题已引起普遍重视。我国是发展中国家，目前汽车工业迅速发展，北京市1994年有机动车辆80 万辆，目前

每年以净增10 万辆的速度发展; 西安市1995 年仅出租汽车就有10000交汽车

1000 辆，估计计“ 9.5 ”期间，出租汽车15000辆、公交汽车3000 辆。全国各地迅速发展的汽车，已使得对油品的需求急剧增长，从国外进口部分油品已成为现实。因此，采用代用燃料已是大势所趋。世界各国专家认为，在汽车替代燃料方面，压缩天然气（CNG和液化石油气（LPG）燃料被认为是目前最适宜的。天然气汽车比汽油、柴油为燃料的汽车安全、经济、操作费用低，具有很多优点。天然气汽车较汽油为燃料的汽车清洁，对环境造成的危害小。据西安交通公路大学199年10月实验，用西安产奥托牌轿车燃用液化石油气（LPG）后，怠速排放物符合GB14761.5- 93标准;较燃用汽油怠速工况下一氧化碳下降96%，碳氢化合物下降35%。天然气是一种高燃点的轻量气体，在正常的温度和压力下，其危险性比汽油小得多。天然气的辛烷值约在130 左右，超级汽油的辛烷值仅在96左右。所以采用天然气为燃料不需要添加剂或象铅等抗爆剂。

（2）天然气汽车具有延长寿命

装载发动机活塞顶部、燃烧室壁以及汽缸壁表面温度为200?300C,

火焰传播速度大约为20?30m^s，能保持此温度原因之一是这些壁面形成一种气体附面层，它阻止向这些壁面过多地传热，由于汽油辛烷值低，经常产生爆震，爆震燃烧局部温度很高，可达4000C以上，燃烧产物将分解出CO H2, 02 NO及游离碳，已不

能燃烧而排气冒烟，排气温度过高形成

热损失，在产生爆震时由于振动使这些附面受到破坏，导热高，温度过高，冷却水温度提高，发动机过热，使运动部件润滑情况变坏，加快零件磨损。在正常燃烧及轻度爆震时，磨耗率为3. 6mg/h,严重爆震时为98mg/h, 约为正常燃烧时磨耗率27 倍，对发动机各部件有严重磨损。而压缩天然气辛烷值大于120,高于汽油,即使高档汽油其辛烷值也只有97。压缩天然气进入空气混合器之前,与空气混合均匀分配到各缸,混合物统一,燃烧充分,可以提高热效率,使燃烧速度加快,燃烧热能得到充分利用。压缩天然气汽车运行平稳,发动机无爆震现象,零部件磨损小,检修期长,润滑油耗量少。这样就延长了发动机的使用寿命。

(3)天然气对汽车发动机的改造

(1)单燃料专用发动机该种发动机以天然气为单一燃料,是在充分发挥天然气特性的基础上对发动机自身结构进行了针对性改造,使得其整体性能得以大大提高。

(2)双燃料发动机改造技术该类型发动机是在原有发动机基础上增设了天然气燃料供应系统,发动机本身结构参数未作改动,仍按汽、柴油等液体燃料设计。由于发动机结构参数的制约,致使天然气发动机的动力性能有所下降，下降幅度为10%?20%,其原因主要在于单位时间内输入发动机的燃料热量较汽柴油少,通过适当增大发动机压缩比,可使其动力性能得以提高,但尾气排放物也有所增加,因此双燃料发动机的燃烧工况优化调整十分重要。有经验表明,如调整合理得当,其动力性能下降幅度可控制在5%左右,该幅度对于在城市内行驶的车辆来说是可以接受的,但作为双燃料汽车如何调整发动机使其达到对两种燃料都能适应的最佳工况,尚

需进一步研究。

天然气汽车主要有以下特点

1.排放性能：天然气汽车的环保效应已经得到了大家的认可。

2、经济性：天然气不会稀释润滑油，燃烧后没有积碳，可减少发动机磨损，延长润滑油更换周期，维护保养费用低，延长发动机寿命，这一点笔者深有体会, 出租车烧油可能30万公里左右需要大修一次，而天然气汽车有些100 万公里了还没大修过；

燃料费用：我们按1立方米天然气相当 1.13 升汽油计算，可减少燃料费用50%以上。使用CNG乍为汽车燃料，可大大降低燃料费用。笔者所在的城市天然气价格可以说是全国最低，有些车辆可较少费用达90%以上。

3、动力性：目前的CNG^车基本是在汽油车上增加CN係统而成的两用燃料车，发动机的压缩比、点火系统、进气系统等均没有变动，使用CNG 时的性能没有得到充分发挥；郑州天然气改装的理论空燃比为10：1，在进入发动机时，天然气将占有约10%的体积空间，导致吸入发动机的空气量减少约10% ，进气效率下降，从而引起动力性的下降；天然气性质稳定，燃

烧速度慢，点燃需要更多的能量；与使用汽油相比，使用CNG寸的动力性约下降

10-15%。

4、安全性：系统的每一个部件的设计、生产、检验充分考虑了安全性：储气瓶必须有指定的专业厂家生产；储气瓶的承压能力是CNGE作压力的数倍；每一支储气瓶出厂之前必须进行检验；储气瓶发上设有安全阀、手动截止阀，保证安全使用和便于维护；减压器上设有安全阀，保证在系统

出现故障时的安全性；天然气性质稳定，密度小，自燃温度温度高，安全

性好于汽油燃料。国内外的使用经验表明，因CN（系统发生的安全事故要远低于汽油车、柴油车。

5、续驶里程：压缩储存天然气，储存燃料的能量密度低，相同体积的储存容器，续驶里程仅相当于汽油的1/4 ，且储存容器的重量大，导致整车自重增加。对于小型车，在设计时考虑到自重增加的限制，以及车上有限的空间，不允许安装过多的天然气储气瓶，使用天然气的续驶里程较少。天然气汽车一般一罐气可行驶200 公里左右。

CNG气车的结构与原理

压缩天然气、汽油两用燃料汽车（简称CNG气车）,是采用定型的汽油汽车改装，在保留原车供油系统的基础上，增加一套" 车用压缩天然气装置" ，可燃用压

缩天然气，也可燃用汽油，油气两种燃料转换非常方便。"

车用压缩天然气装置" 由以下三个系统组成。

1．天然气储气系统：主要由充气阀、高压截止阀、天然气贮气瓶、高压管线、高压接头、压力传感器及气量显示器等组成。

2．天然气供给系统：主要由天然气滤清器、减压调节器、动力调节阀、混合器等组成。

3．油气燃料转换系统：主要由油气燃料转换开头、天然气电磁阀、汽油电磁阀等组成。一、车用压缩天然气装置工作原理目前，我国在用的CNG 汽车，有机械控制式和机电控制式两大类，"NCN型车用压缩天然气装置" 属于后者，为国内外使用最多，并较为先进的一种装置。现重点介绍该装置的结构原理，同时也介绍相关的其它

类型装置。

NCN（型车用压缩天然气装置工作原理分天然气气路、汽油油路和控制电路三大部分。

充气站将压缩天然气，通过充气阀充入贮气瓶至20MP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电开关，汽油电磁阀关闭，贮气瓶内的20MPa高压天然气通过高压管路进入减压调节器减压。该减压调节器装置为三级组合式结构，可将不高于20MPa勺压缩天然气逐级减压至负压，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气缸燃烧。混合器是一个根据文丘里管原理设计的部件，可将发动机进气道的真空度传递到减压调节器内，直接调节天然气的供给量。减压调节器与混凝合器相匹配，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。动力阀是一个调节天然气管道截面积的装置，可调节混合气的空燃比，使空燃比达到最佳状态。

油路中安装一个汽油电磁阀，其余部件均保留不变。当使用汽油作燃料时，司机

将油气燃料转换开头扳到"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、并吸入气缸燃烧。燃料转换开关有三个位置，当拨到中位时，油、气电磁阀均关闭，该功能是专门用来由汽油转换到天然气时，烧完化油器油室里残存汽油而设置的，以免发生油气混烧现象。有的CNG气车用晶体管电动油泵代替汽油电磁阀，其性能基本相同。机械控制式系统与本系统相比，其区别在于

未安装电磁阀及油气燃料转换开关，燃料转换时要操作手动截止阀，操作性能和安全性能均较差。

目前，国外正在研制由微机控制的团环气路供给系统，其工作原理是，在发动机进排气管中安装温度、排放物成份、压力、流量等传感器，微机接受各传感器信号后，及时校正供气系统的流量、压力及供气和点火时间，从而达到最佳的动力性、经济性及最低的排放污染物。但该系统改装成本高、技术复杂，目前我国尚未推广。除此之外，由于汽油和天然气燃点不同，汽油的燃点为427C，天然气为650C，天然气燃烧时火焰传播速度比汽油慢，因此天然气应比汽油点火时间提前，一般为12-

17C。目前我

们正在研制一种点火线圈内，由燃料转换开关控制，能分别自动转换两种燃料的点火提前角。以上新技术是今后CNG气车的发展方向。

二、主要部件的结构和工作原理

1 ．充气阀

充气装置有插销式和卡口式两种，我国标准已统一为孔径①12的插销

式充气阀，该阀设置手动截止阀与之串联，充气后将截止阀关闭。插销孔内的防尘塞有排气螺塞，截止阀一旦漏气，防尘塞可起到密封作用，如要拔出防尘塞，则可先打开排气螺塞泄压。