汽车燃料及使用
授课主要内容或板书设计
课堂教学安排（教案设计）
代用燃料
对清洁代用燃料汽车发动机技术论述 摘要：在人类即将跨入21世纪的时候，世界范围的环保呼声越来越高，针对 环境和能源形势的日趋恶化，汽车作为污染环境和消耗能源的大户，备受人们的关注，在车用能源供应短缺与大气环境保护的双重压力下，人们一直在寻求内燃机新型清洁代用燃料。开发环境污染小且具有一定发展前景的“绿色汽车发动机”，已成为世界各汽车公司竞争相开发的热点。由于各国资源分布、科技实力不同，因而，开发“绿色汽车发动机”也型式各异。 关键词：汽车，发动机，能源危机，清洁，污染，新能源。 引言：随着我国经济快速发展，能源消费逐年增长，石油对外依存度不断递增， 石油安全已成为我国亟待解决的重大问题。同时，能源利用过程中产生的环境污染问题也困扰着我国的经济发展， 尤其汽车能源需求与环境保护的面临双重巨大压力。汽车行驶的主要燃料是从石油中提炼出来的柴油和汽油，据世界能源大会数据表明，我国的能源资源，煤的保有储量约占世界的30％，可采年数达数百年，石油的保有储量仅占世界的2.4％。1993年起我国已成为石油纯进口国，2000年我国石油总需求的33％已从国外进口，预测2010年我国石油总需求的47％需进口，我国石油的供应将严重不足。 在另一方面，我国的汽车排放已成为城市大气环境的一个主要污染源。据统计，近年来上海城区内机动车排放的CO、HC和NOx已分别占总排污负荷的86％、90％和56％，北京在非采暖期，城区内机动车排放的CO、HC和NOx已分别占总排污负荷的60％、86.8％和54.7％。城市机动车排放污染日趋严重。 针对我国自然条件和能源资源特色，逐步改变汽车能源结构，发展汽车清洁代用燃料，在发动机上实现高效、低污染的燃烧，控制汽车发动机有害排放对我国城市大气质量带来的日趋严重的影响，已成为我国能源与环境研究中的一个十分重大和紧迫的研究课题。 1、天燃气发动机 以天然气作燃料的发动机已有50多年的历史了。可以说人类开发天然气发动机的技术是相当成熟的。天然气是天然资源，产自油气田和气田。在地球上的贮量很大。天然气发动机最大的优点是排污染低：CO排入量是汽油机的1/15， HC排放量是汽油机的1/5，SO 2排放量是汽油机的1/10，CO 2 的排放量是汽油机的 4/5，另外，天然气发动机不会造成成润滑油稀释，可延长发动机寿命，同是还可降低汽车噪声等。 天然气的主要成份是甲烷(一般为83%～99%)及少量其他烃类和CO2等。天然气具有较高的辛烷值，抗爆性能好，与汽油相比，燃烧更完全。据美国EPA 报告，天然气汽车可以降低40%的HC排放，50%的CO排放，无碳烟排放，其中HC排放的90%为甲烷类物质，光化学反应低，采用缸内直喷和稀薄燃烧技术可进
内燃机代用燃料的应用研究与发展趋势
燃机代用燃料的应用研究与发展趋势 前言 近年来, 随着我国经济的快速发展, 石油的需求量持续增长。1993年起我国己成为石油纯进口国,2009年我国原油进口比例已超过52% 。另外, 我国的汽车尾气排放已成为城市大气环境的一个主要污染源。因此, 针对我国自然条件和能源资源特色, 逐步改变汽车能源结构, 发展汽车清洁代用燃料, 在发动机上实现高效、低污染的燃烧, 控制汽车发动机有害排放对我国城市大气质量带来的日趋严重的影响, 已成为我国能源与环境研究中的一个十分重大和紧迫的课题。 据统计, 从现在起全球的石油资源还可以用67年, 天然气的储量也最多可以使用123 年, 所以寻找一种新型替代燃料成为当今社会的一个研究重点。 任何国家的经济发展都与能源问题密切相关，而燃机对燃料的需求，在能源总消耗中占很大比例。当前燃机主要用石油作为燃料，一般工业发达国家消耗在燃机上的燃料约占整个石油消耗量的60%左右。未来石油燃料的产量终将日趋减少，许多世界能源机构及权威人士认为：现已查明易开采的石油可维持50 年左右，1990 年左右世界石油产量达到过一个高峰，而后逐步下降，本世纪将出现石油短缺的现象。到2030 年液体燃料中的40%左右要由煤的合成燃料来满足。因此，为保证未来交通运输以及国民经济的持续发展，研究与开发代用燃 料是势在必行。 1 代用燃料的定义 代用燃料指的是传统发动机燃料(如汽油和柴油)的替代品。《美国能源政策法规》将代用燃料定义为甲醇、非自然乙醇、其它酒精燃料或至少85%的这些燃料与汽油或柴油的混合燃料、CNG、LNG、LPG、氢气、煤炭衍生物的液体燃料以及生物质能源等。 2 代用燃料的分类 燃机燃料是经过一系列演变发展过程的。早在1892 年狄赛尔就曾试图以煤粉作为柴油机的燃料，但未成功。长期以来，燃机是以液体的碳氢化合物系燃料为主的。当燃料中C含量减少，H 含量增加时，燃料为轻质的，并演变为气体燃料。反之，当C含量增加，H 含量减少，就成为重质燃料。 未来燃机燃料将向两极演变，即氢气和煤炭以及由煤炭派生出来的燃料，后者将主要是醇类燃料及人工合成的汽油等。在这种演变过程中，各种混合、乳化燃料，生物能类燃料及宽馏分燃料将在燃机中得到不同程度的应用。由于代用燃料刚处于研究发展阶段，还难以提出完善的分类。从代用燃料的广泛含义来说，应包括： (1) 品质更低劣的传统石油燃料，如过去一般不使用的劣质重油、残渣油； (2) 使用形式变化了的燃料，如各种掺水的乳化燃料、固体粉末和液体混合的燃料； (3) 人工模拟燃料，如将石油气和空气混合模拟成天然气使用； (4) 人工合成燃料，将两种以上元素或生产企业的副产品人工合成可燃的燃料。 3 代用燃料使用的标准 良好的代用燃料应能满足下列要求： (1) 资源丰富，价格适宜； (2) 燃料的热值，尤其是混合气热值能满足燃机动力性能的要求； (3) 能满足车辆起动性能、行驶性能以及加速性能等方面的要求； (4) 能量密度较高、储存运输方便； (5) 发动机的结构变动较小，技术上可行； (6) 现有的燃料储运分配系统能用得上； (7) 对人类健康、环境保护以及安全防火等无有害的影响； (8) 对发动机的寿命以及可靠性没有不良影响。 一种代用燃料要全面良好地满足上述要困难的，但应满足主要要求，并在采取技术措施的情况下，能满足各方面的要求。
发动机代用燃料的发展
发动机代用燃料的发展 目前， 汽油机和柴油机依然是车用发动机的主要机种。而汽油和柴油都是不可再生 资源。随着汽车工业的迅猛发展，对石油的需求量越来越大。我国从 1993 年起，已由石油输出国成为石油进口国，到2000 年，进口石油已达 6 300 万 t，可以预计，随着国家经济的发展，石油进口量还会增加。据美国能源部和世界能源理事会预测，全球的石油产量在 2010~ 2025 年间将达到最大值。全球矿物燃料资源的预测生命期，石油为40 年，天然气为60 年，煤为220 年。日趋严重的能源危机对发动机的常规燃料提出了新的挑战。同时，由于世界汽车保有量的增加和各国对环保的重视，车用发动机面临着既要继续提高现有性能，又要降低排放的双重压力。而发动机的排放成分除与发动机的燃烧过程组织有关外，还与发动机的燃料有直接的关系。汽油和柴油在改善废气的有害排放方面可做的工作已经相当有限，许多国家目前已把研究的目光转向寻求污染较小的代用燃料，这一方面可有效地减少废气的排放，另一方面也可保存原油产品和保护能源。所谓代用燃料,是指能够取代或部分取代目前内燃机传统燃油 (汽油、柴油、煤油)的燃料。良好的代用燃料应能满足下列要求: 资源丰富、价格适宜;燃料的热值尤其是混合气热值能满足发动机动力性能的要求;能满足车辆起动性能、行驶性能以及加速性能等方面的要求;能量密度较高、储存运输方便;发动机的结构变动较小、技术上可行; 现有的燃料储运分配系统能用得上;对人类健康、环境保护以及安全防火等无有害的影响; 对发动机的寿命以及可靠性没有不良影响。已开发的代用燃料有气态烃 (压缩天然气(C N G)、液化天然气(L N G)、液化石油气 ( LPG ) )、醇燃料、二甲醚、生物柴油、氢、燃料电池等。下面足以介绍一下每种代用燃料的发展状况。 天然气： 天然气(Na t u r a l Ga s ，简称 NG) 是一种无色、无味的气体，9 0 ％以上成分为 甲烷( C H 4 )。由于天然气拥有资源丰富、污染很小、经济和安全上的优势，从而得到了大力地推广，它是一种很好的清洁燃料。天然气具有如下比较突出的优点：( 1 )着火极限宽。 ( 2 )抗爆燃性能好。 ( 3 )排放污染小。 ( 4 )发动机寿命延长 ( 5 )燃料经济性好，使用费较低。 ( 6 )安全性高。正是由于天然气汽车具有上述优点，在世界日益重视环境保护、车辆安全性能和经济性能的背景下，天然气汽车的发展前景越来越广阔。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( C o mp r e s s e d Na t u r a l G a s，NG ) 液化天然气( L i q u e f i e d Na t u r a l G a s，简称 L NG) 。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20Mpa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。现在天然气汽车中运用最为广泛的就是CNG，它的技术要求较LNG要低，但也存在一些问题，如续驶里程小等缺点。液化天然气是将天然气经过一定工艺，使其在162℃左右变为液态，存贮在高压气瓶中。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气汽车的发展。但由于液化天然气在贮存能量密度、汽车续驶里程、贮存容器压力等方面均优于压缩天然气，能解决压缩天然气汽车存在的一些问题，所以液化天然气作为天然气的使用方式之一，是今
第六章 内燃机的代用燃料
第六章内燃机的代用燃料 6-1发展代用燃料内燃机的重要性 一、石油资源的匮乏：储采比 二、全球环境的恶化：环境保护，清洁燃烧 三、我国面临的严峻形势 6-2内燃机的代用燃料 一、液体代用燃料 （一）醇类燃料 1、概述 种类：甲醇（CH3OH），乙醇（C2H5OH） 来源：甲醇：天然气、煤、生物提取；乙醇：含糖或淀粉的农作物发酵 发展：瑞典，美国，德国，日本，我国等 2、醇类燃料的物化特性和使用特性 1）醇类燃料的低热值比汽油低，燃烧理论空气量少 2）醇类燃料的蒸发潜热比汽油大得多，在燃料蒸发时温降大 3）醇类燃料的辛烷值高，十六烷值低 3、醇类燃料在汽油中的溶解度和助溶剂 醇类燃料和汽油的混合 单一燃料为主时互溶温度低 添加高碳醇、苯、丙酮等助溶剂 乙醇溶于汽油和柴油的临界温度和含水率有关 4、醇类燃料在发动机上的试验结果 （1）点燃式发动机 醇含量较低：功率略有提高，能耗略有降低，排放不同程度下降 醇含量较高：排放改善效果明显，但有未燃醇和醛等有害排放 （2）压燃式发动机：十六烷值低，采用助燃措施 5、醇类燃料的优缺点 （1）甲醇： 优点：生产成本低；液体燃料，运输基础设施投入少；清洁代用燃料 缺点：有毒；排气中醇、醛需进行排气后处理；对有色金属、橡胶都有腐蚀作用，对燃油系统在结构上和材料上采取措施 （2）乙醇 优点：辛烷值高，无毒，对环境无危害；含氧燃料，实现无烟排放，排放明显下降；可用于汽油机或柴油机 缺点：生产成本高：粮食，能源作物 （二）二甲醚（DME） 化学组成：CH3OCH3 优点：广泛的可获得性；超清洁：不采用复杂的后处理装置即可达欧III标准；生产成本得到降低
气体代用燃料
气体代用燃料 气体作为燃料就必须使用气体发动机，当前使用单气体燃料作为能力源的发动机，主要有LNG(液化天然气)发动机、CNG(压缩天然气)发动机和LPG(液化石油气)发动机三种。气体发动机与同排量的柴油机相比，动力性相当，环保优势明显，更容易达到国IV、国V排放。且当前生产技术趋于成熟，生产工艺设备与柴油机可通用。在油气价差保持的前提下，燃料经济性显著。不过气体发动机也有一定的缺陷，比如续驶里程短、燃料加注时间长、加气站的建设投资太大等。 气体代用燃料的组成 目前常见汽车代用燃料的类型主要有天然气、石油气、氢气、液化石油气、液化气以及二甲醚等。 气体燃料的性能特点 气体作为汽车代用燃料有别于普通燃料，它们共同点在存储、加注不同于以往的液体燃料，下面为了有助于更好的了解气体燃料的性能特点，让我们来分析以下它们各自存在的优缺点。 天然气的优势：成本低廉、运行平稳。安全可靠使CNG汽车具有较为广阔的发展前景，CNG作为车用燃料，在环保和能源安全方面有较大的优势．是具有发展潜力的汽车替代燃料。 天然气的缺点：资源有限（主要工业及民用）、汽车续驶里程短、储运加注等基础设施要求高、投资大、只适用于在富产天然气的地区和大中城市推广。随着CNG运输管网分布范围的扩大以及加气站的增多，CNG汽车的应用范围可以扩大到城市之间。 石油气的优势：燃烧清洁、排放污染物少，安全可靠、经济可行等特点 石油气的缺点：LPG主要来源于石油，其供应性受到石油供应的限制，价格也会随着石油价格变化而波动；LPG对加气站、管网等基础设施的建设要求也很高。 氢气的优势：良好的行进加速性；良好的燃料适应性；低温起动性好；超低排放全工况高效率等优点；氢具有巨大的价格优势；强大的工业基础。
新能源 汽车代用燃料
浅谈汽车代用燃料的特点与应用 目前汽车上使用较为普遍的清洁代用燃料有：液化石油气、天然气、醇类和醚类等，之所以称为清洁代用燃料，是因为它们的相对分子质量比、柴油小得多。对燃料和空气的混合、燃油、柴油作为汽车用燃料，其排放CO、HC、CO2等污染物比汽油、柴油低得多。此外，醇类燃料含氧，还可促进燃料燃烧更完全，燃烧温度降低，使NOX排放量减少。 一、汽车用液化石油气的主要成分是丙烷和丁烷，其特点有： 1.辛烷值高，燃烧速度快，温度高，是一种抗爆性能好的优质燃料。 2.在大气中爆炸下限高于汽油。 3.与空气混合是气-气混合，较易混合均匀，有利于完全燃烧，降低排放污染物。 4.液化石油气可降低CO2排放，减少温室效应。 但是，只有液化石油气供气装置与进行了最佳匹配后的车辆才能达到较好的减少排放的效果，而且必须同时采用汽油喷射装置和三效催化转化器技术，才能实现较高的污染物降低率的目标。 二、汽车用天然气的主要成分是甲烷，其余为乙烷、丙烷、丁烷及少量其他物质 有压缩天然气(CNG)和液化天然气(LNG)两种。其特点是化学性质较稳定，可燃成分高、热值高；辛烷值高，抗爆性能好；着火温度高、着火范围广，有利于稀燃烧技术的应用。由于压缩天然气稀燃技术的应用。由于压缩天然气(CNG)在汽车上与空气混合时同为气态，与汽油、柴油相比，混合气更均匀，燃烧也更完全。因此汽车使用天然气燃料与使用汽、柴油相比，排气污染显著降低，尾气中HC下降90%左右，CO下降80%左右，NOx下降约40%。 选择天然气做为汽车燃料，适合于石油资源少而气源比较充足的国家和地区。总的来说，天然气燃料目前尚处于发展、推广阶段。 三、醇类燃料目前主要有甲醇、乙醇两种 醇类燃料的主要特点有： 1.辛烷值比汽油高，可采用高压缩比，提高热效率。但是，醇类的抗爆性敏感度大，中、高速时的抗爆性不如低速好。普通汽油与15%-20%的甲醇混合，辛烷值可达到优质汽油的水平。
电动汽车及代用燃料汽车
湖南农机1999年第5期 14 图2/美通用0车用EGR 控制图 真空度变小,使阀开启量变小。于是可以通过控制电磁阀的开启时间来控制EGR 阀的开启量,也就能控制废气循环量。目前许多国家的车辆都装有废气循环系统,其基本原理大体相同,只是结构略有不同。图2所示为美国通用汽车公司汽车上的EGR 控制图。当发动机起动升温时,电脑控制电磁阀关闭,不进行废气再循环,而在其它时间阀打开,允许排气再循环,它的控制来自进气歧管的真空度。图3所示为美国福特汽车公司汽车用EGR 控制图,在控制阀上,装有EGR 位置传感器,用来监视EGR 阀的位置。装在膜片上的传感器有一个可变电阻,当膜片上、下运动时, 电阻器给电脑一个信号,使电脑可以判断出EGR 阀的位置,用来控制合适的EGR 流量,此控制阀的电磁线圈分别由 三组电磁阀组成,由电脑控制,直接开启EGR 阀,而不用真空膜盒。 3结语 废气再循环(EGR)系统在国外已 广泛应用于车用汽油 机,也是目前用于控制NOx 排放的主要 措施之一。使用这种方法结构复杂,甚至要付出较小的燃油额损耗,但能获得较大的净化效果。我国应首先在城市公共交通汽车上大力推广这种废气再循环技术,以降低汽车排放有害物对于环境的污染程度。 参考文献(略 ) 图3/美福特0车用 EGR 控制图 发展电动汽车及代用燃料汽车是解决当今能源结构变化和城市环境污染问题的有效途径。1能源结构变化方面:据美国能源部和世界能源理事会的预测,全球的石油在2010~2025年间将达到最大产量;而全球矿物燃料资源估计石油为40年、天燃气为60年、煤为220年。在我国,石油进口占国内需求的19%,因此能源结构的变化将使更多的国家依赖煤和天燃气或其它作为代用燃料。o汽车排放污染问题:我国汽车的年均增长约为15%,到2000年汽车保有量将达到2000万辆,由于机动车的大量增加,近年来许多城市的NOx 和CO 污染浓度急剧增加,据1997年全国环境监测网对94个城市NOx 监测统计结果表明,有34个城市年均值超过国家标准。随着汽车尾气排放污染日益严重,欧美等国大都采用了相当严格的排放标准,可以预见我国也将会有越来越多的城市实施更加严格的排放标准。为此,在北京、上海、四川、深圳、哈尔滨、山西、海南、广州等地正在开始实施代用燃料工程。截止到1997年底,我国已拥有天燃气汽车4594辆、加气站46座;液化石油气汽车1323辆,加气站22座。 1电动汽车 事实上电动汽车在1834年就已发明了,但到1930年时却消声匿迹,本世纪70年代由于石油危机导致了能源危机,才使电动汽车又受到了相当重视。近年来,随着汽车数量大量增加,汽车尾气排放导致的环境污染进一步加剧,可以说,环境保护问题是发展电动汽车的动力,它是一种无污染气体排放的交通工具,电动车以其运行中的/零排放0、低噪声等优点被人们称为/绿色环保汽车0,甚至可作为石油资源枯竭后传统燃油汽车的理想替代产品,因而受到有关部门特别是政府部门的高度重视。 电动汽车的核心是电动机及驱动控制系统、功率转换器和能源系统,能源系统中电池是关键,是电动车中最贵的部件,电池的能量密度大大低于汽油电动汽车及代用燃料汽车 湖南长发发动机有限公司刘新发 [摘要]随着汽车产量和保有量的增加,汽车的能源结构和尾气排放污染越来越受到人们的重视。电动汽车在运行中为/零排放0,清洁代用燃料(液化石油汽、天燃气、甲醇等)汽车与传统的汽车相比其尾气排放中CO 、NOx 、HC 等都要低得多。通过技术分析认为,电动汽车和清洁代用燃料汽车有着广泛的发展前景。 主题词:汽车无污染汽车环境保护研究与开发
汽车发动机代用燃料
汽车发动机代用燃料—氢燃料电池的特性及 应用前景分析 汽车从1885年德国工程师卡尔·本茨制成了世界上第一辆三轮车到现在也已有一百多年的历史了，在这一百多年中人们逐渐习惯了汽车带来的方便与舒适，汽车文化也深入人心。然而随着汽车的发展进步，许多问题也就随之而来，比如环境污染以及化石能源的迅速消耗。随着世界上汽车保有量的不断增加，预计在50 年内全球汽车总数量将超过16 亿辆。目前汽车的能源消费占世界能源总消费的四分之一，汽车的传统燃料－石油将会严重短缺。而且以石油为原料的燃料汽油及柴油，在燃烧时带来CO、NOx等有害废气及CO2 温室效应，也将更严重地危害人类生存环境。因此世界上各大汽车公司都在不断进行针对性研究，以解决传统发动机燃料的缺陷。由此开始了探索替代传统化石能源的的新能源时代。 新能源汽车是指除汽油、柴油发动机之外所有其它能源汽车。包括燃料电池汽车、混合动力汽车、氢能源动力汽车和太阳能汽车等。其废气排放量比较低。据不完全统计，全世界现有超过400万辆液化石油气汽车，100多万辆天然气汽车。新能源汽车包括混合动力汽车（HEV）、纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车）、燃料电池电动
汽车（FCEV）、氢发动机汽车、其他新能源（如高效储能器、二甲醚）汽车等各类别产品。而今天我就其中一种氢燃料电池汽车进行浅显粗略的分析。 众所周知，氢分子通过燃烧与氧分子结合产生热能和水。氢燃料电池通过液态氢与空气中的氧结合而发电，根据此原理而制成的氢燃料电池可以发电用来推动汽车，提供家庭或工业用电或作为手机电池。原理说起来很简单，但具体分析的话就会发现，其实提炼氢燃料的过程非常复杂，而且能耗也非常高。 氢动力汽车是一种真正实现零排放的交通工具，排放出的是纯净水，其具有无污染，零排放，储量丰富等优势，因此，氢动力汽车是传统汽车最理想的替代方案。与传统动力汽车相比，氢动力汽车成本至少高出20%。 随着“汽车社会”的逐渐形成，汽车保有量在不断地呈现上升趋势，而石油等资源却捉襟见肘，另一方面，吞下大量汽油的车辆不断排放着有害气体和污染物质。最终的解决之道当然不是限制汽车工业发展，而是开放替代石油的新能源，燃料电池车的四轮快速又安静地滚过路面，辙印出新能源的名字——氢。 几乎所有的世界汽车巨头都在研制新能源汽车。电曾经被认为是汽车的未来动力，但蓄电池漫长的充电时间和重量使得人们渐渐对它兴味索然。而目前的电与汽油合用的混合动力车只能暂时性地缓解能源危机，只能减少但无法摆脱对石油的依赖。这个