16.學(xué)習(xí)任務(wù)3-2 氣體燃料汽車

新能源汽車概論課程架構(gòu)模塊1純電動(dòng)汽車模塊2混合動(dòng)力汽車模塊3其他新能源汽車模塊3其他新能源汽車相關(guān)學(xué)習(xí)任務(wù)任務(wù)3-1燃料電池汽車任務(wù)3-2氣體燃料汽車任務(wù)3-3代用液體燃料汽車任務(wù)3-4其他清潔能源汽車任務(wù)3-2氣體燃料汽車【任務(wù)分析】氣體燃料汽車在節(jié)能和環(huán)保方面均優(yōu)于常規(guī)燃料汽車，所以將其歸類于新能源汽車中。

氣體燃料汽車包括代用氣體燃料汽車和氫氣汽車兩類。代用氣體燃料種類很多，常見的有天然氣和液化石油氣。氫氣汽車是以氫為主要能量驅(qū)動(dòng)的汽車。

本任務(wù)主要學(xué)習(xí)天然氣汽車和氫氣汽車的基本結(jié)構(gòu)原理。任務(wù)3-2氣體燃料汽車主要學(xué)習(xí)內(nèi)容一、天然氣汽車二、氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)汽車任務(wù)3-2氣體燃料汽車【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．知識(shí)目標(biāo)①能夠正確描述天然氣的特點(diǎn)。②能夠正確描述壓縮天然氣動(dòng)力系統(tǒng)的組成、工作原理及應(yīng)采取的安全措施。③能夠正確描述預(yù)混式氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)、缸內(nèi)噴射式氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)和內(nèi)外組合式氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理。④能夠正確描述液氫汽車供氫系統(tǒng)的工作原理。任務(wù)3-2氣體燃料汽車【學(xué)習(xí)目標(biāo)】2．能力目標(biāo)①能夠根據(jù)具體的氣體燃料汽車，簡單說明其特點(diǎn)。②能夠通過觀察，找出代表氣體燃料汽車的典型部件。3．素質(zhì)目標(biāo)①具備勞動(dòng)安全保護(hù)及善于觀察分析的職業(yè)素養(yǎng)。②具備創(chuàng)新發(fā)展等綜合素養(yǎng)。開始學(xué)習(xí)一、天然氣汽車二、氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)汽車一、天然氣汽車1.天然氣及其在汽車上的應(yīng)用天然氣在汽車上可以以液態(tài)形式存儲(chǔ)，或者以氣態(tài)壓縮的形式存儲(chǔ)。以液態(tài)形式存儲(chǔ)是指在-162℃時(shí)，作為液化天然氣(LNG)存儲(chǔ)。以氣態(tài)壓縮的形式存儲(chǔ)時(shí)，壓縮天然氣（CNG）的壓力高達(dá)20MPa。由于存儲(chǔ)液化天然氣成本高，所以，一般都將天然氣以壓縮的形式存儲(chǔ)。天然氣的抗爆性極好(RON約為140)，從而可使用13：1的壓縮比。1.天然氣及其在汽車上的應(yīng)用天然氣用于點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)有以下優(yōu)點(diǎn)：具有優(yōu)異的燃燒特性和CO2、NOX、CO低排放特性。實(shí)際上，廢氣中不含顆粒物和含硫排放物。火花塞無積炭，減輕了機(jī)油的污染。天然氣用于點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)有以下缺點(diǎn)：由于天然氣的熱值低，所以，發(fā)動(dòng)機(jī)功率降低。天然氣存儲(chǔ)費(fèi)用高。在同樣的燃料箱容量的情況下，續(xù)駛里程縮短。一、天然氣汽車2.CNG動(dòng)力系統(tǒng)工作原理一、天然氣汽車2.天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理（1）CNG發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)原理一、天然氣汽車玉柴CNG增壓發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)原理一、天然氣汽車玉柴ECIEPR系統(tǒng)增壓LNG發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理一、天然氣汽車3.CNG動(dòng)力系統(tǒng)安全措施①止回閥位于充氣接頭內(nèi)的截止閥上，其作用是防止天然氣經(jīng)過充注閥倒流。②在車內(nèi)布置的管路和部件上，包纏密封護(hù)套。③螺紋套管接頭采用雙卡環(huán)螺紋套管接頭。3.CNG動(dòng)力系統(tǒng)安全措施④天然氣儲(chǔ)氣瓶是由鋼或CFRP制成，每個(gè)儲(chǔ)氣瓶都要通過兩個(gè)護(hù)圈安裝到汽車上。鋼瓶的爆炸壓力約為40MPa，而CFRP氣瓶的爆炸壓力約為50MPa。⑤儲(chǔ)氣瓶上安裝有易熔塞和熱熔斷器，這些裝置可以防止過高的壓力增長，從而可防止起火所引起的儲(chǔ)氣瓶爆炸。⑥電磁截止閥安裝在天然氣儲(chǔ)氣瓶上，在轉(zhuǎn)換成汽油模式的情況下、在發(fā)生電源故障時(shí)、發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)后或者在發(fā)生碰撞事故時(shí)，此閥關(guān)閉。另有一個(gè)截止閥安裝在調(diào)壓器上。3.CNG動(dòng)力系統(tǒng)安全措施⑦限流器可以防止管路破裂所造成的天然氣突然大量泄漏。⑧在低壓側(cè)管路上采用軟管（如調(diào)壓器與氣體噴射器之間的管路），使用這樣的軟管可以防止疲勞損傷所引起的斷裂現(xiàn)象。⑨過壓調(diào)節(jié)器安裝在調(diào)壓器上，可防止低壓側(cè)出現(xiàn)過高壓力。。一、天然氣汽車4.CNG汽車發(fā)展趨勢①燃料供給系統(tǒng)從機(jī)械式混合器發(fā)展到電子控制噴射系統(tǒng)。②電噴系統(tǒng)由單點(diǎn)開環(huán)控制發(fā)展到閉環(huán)多點(diǎn)噴射控制系統(tǒng)。③噴射方式從缸外預(yù)混合到復(fù)合供氣、缸內(nèi)直接噴射。④燃料的使用從兩用燃料、雙燃料到單一燃料。⑤燃料存儲(chǔ)方式從CNG向LNG方向發(fā)展。一、天然氣汽車與CNG相比LNG的優(yōu)點(diǎn)①可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比。②燃料經(jīng)濟(jì)性好。③安全性好。④發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率高。⑤對負(fù)荷變化響應(yīng)快。一、天然氣汽車5.典型的天然氣汽車（1）J7LNG牽引車其搭載解放動(dòng)力CA6SM3-47E6N天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，12.52L的排量，符合國家第六階段機(jī)動(dòng)車污染物排放標(biāo)準(zhǔn)；最大功率約345.68kW，最大轉(zhuǎn)矩為2

100N·m。該車采用3氣瓶的設(shè)計(jì)，兩側(cè)各有一個(gè)500L的氣瓶，中間設(shè)置了一個(gè)1

350L的氣瓶，總?cè)萘窟_(dá)到了2

350L。一、天然氣汽車5.典型的天然氣汽車（2）江淮瑞風(fēng)M4CNG系列汽車其搭載LJ481QS6五菱柳機(jī)2.0L發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)燃料類型為汽油和壓縮天然氣，其中，油箱容積為15L，天然氣罐容積為170L，最大功率為90kW，最大轉(zhuǎn)矩為175N·m，滿載狀態(tài)下還可以實(shí)現(xiàn)550km的超長綜合續(xù)駛里程。繼續(xù)學(xué)習(xí)一、天然氣汽車二、氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)汽車二、氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)汽車1.氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)氫氣燃燒之后生成的是水和少量的一氧化氮，而沒有CO和HC，燃燒清潔，也不會(huì)產(chǎn)生造成溫室效應(yīng)的二氧化碳，符合減緩全球變暖的時(shí)代需求，所以它是一種清潔燃料。目前車用氫能主要有兩種方案：一種燃料電池，它是通過氫的離子化轉(zhuǎn)化成電能；另一種是氫內(nèi)燃機(jī)，它通過氫的燃燒使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。二、氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)汽車（1）氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的分類與工作原理氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)屬于點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。根據(jù)氫燃料儲(chǔ)存的壓力和形態(tài)分為壓縮氫、液態(tài)氫和吸附氫3種。根據(jù)混合氣形成方式不同可分為外部混合（預(yù)混式）、內(nèi)部混合（缸內(nèi)噴射式）和內(nèi)外組合混合3種。二、氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)汽車（1）氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的分類與工作原理①預(yù)混式氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。預(yù)混即缸外混合技術(shù)，是使氣態(tài)氫與空氣在發(fā)動(dòng)機(jī)外部形成混合氣，然后通過進(jìn)氣道在進(jìn)氣行程送入氣缸，由火花塞或電熱塞引燃，也可以用柴油引燃。采用預(yù)混式燃燒形式不需要對傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行很大的改動(dòng)，而且該種發(fā)動(dòng)機(jī)各缸燃料分配均勻，所以混合氣的形成和燃燒較易組織。但是，預(yù)混式氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中無法避免爆燃、早燃和進(jìn)氣管回火等異常燃燒現(xiàn)象，輸出功率一般也較低。二、氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)汽車（1）氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的分類與工作原理①預(yù)混式氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。改進(jìn)措施：a．避免回火措施。在進(jìn)氣歧管加引管噴射。b．避免早燃措施。各缸獨(dú)立點(diǎn)火，選用冷型的火花塞和較狹小的火花塞間隙，雙火花塞點(diǎn)火，在混合氣中添加甲烷、氮?dú)獾?。c．其他措施。通過調(diào)整噴氫提前角、點(diǎn)火提前角及它們之間的匹配，廢氣再循環(huán)。二、氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)汽車（1）氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的分類與工作原理②缸內(nèi)噴射式氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。分為低壓噴射型和高壓噴射型兩種。高壓噴射型優(yōu)點(diǎn)較多，但對噴氫系統(tǒng)有很高的要求：a．采用液氫泵以提高噴射壓力（8MPa以上）。b．采用特殊的低溫防泄漏設(shè)備。c．必須合理組織燃燒室內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)。d．氫的噴射正時(shí)、點(diǎn)火正時(shí)及循環(huán)噴氫量均應(yīng)精確控制。二、氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)汽車（1）氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的分類與工作原理③內(nèi)外組合式氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。采取缸內(nèi)噴射與進(jìn)氣道噴射相結(jié)合的方式噴氫，使得少量氫和空氣在進(jìn)氣管預(yù)混后進(jìn)入氣缸，其余大部分氫氣在壓縮末期高壓噴入氣缸，可以有效改善發(fā)動(dòng)機(jī)的著火性能，從而降低氮氧化物的排放。1．氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)（2）關(guān)鍵零部件1．氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)（2）關(guān)鍵零部件①液氫泵。1—吸氫閥；2—往復(fù)運(yùn)動(dòng)的鋼筒；3—供氫閥；4—往復(fù)運(yùn)動(dòng)的零件；5—固定的柱塞1．氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)（2）關(guān)鍵零部件②噴氫器。1—噴嘴；2—排氣閥；3—進(jìn)氣閥；4—燃燒室；5—熱表面；6—原柴油噴油泵；7—針閥；8—噴氫閥二、氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)汽車2.典型車型（1）寶馬①7系氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)轎車。裝備的6.0LV12發(fā)動(dòng)機(jī)。2.典型車型②H2R氫燃料研究車2004年9月，寶馬H2R氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)汽車在法國米拉馬斯高速試車場創(chuàng)造了9項(xiàng)速度紀(jì)錄，顯示了采用氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)汽車的無限潛力。2.典型車型（2）福特U型車在2003年1月的底特律車展上，福特公司向全球展示了第一臺(tái)增壓氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)汽車，即U型車。該車將福特模塊式混合動(dòng)力車系統(tǒng)(MHTS)、遠(yuǎn)程信息處理與先進(jìn)材料結(jié)合在一起，開創(chuàng)了福特汽車公司第二個(gè)新紀(jì)元。2.典型車型