研发和应用新型汽车燃料论文Word文件下载.docx
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5.1氢气的生产性质及储存……………………………………………………23
5.2氢燃料汽车的技术及应用…………………………………………………24
5.3氢气发动机的工作过程……………………………………………………25
5.4生物燃料及理化性质……………………………………………………25
5.5生物燃料在发动机中的应用与研究………………………………………26
【摘要】
汽车发展至今，可以说它已经成为了千家万户的必备工具，但是随着汽车数量的疯狂上升，空气污染问题也日益加重，环保问题曾几次在全球范围的多国研讨会中被提及，许多国家都纷纷表示环保问题已经成为全球最为关注的首要问题。
为了环保这个迫在眉睫待解决的问题，许多汽车厂商纷纷打出新能源，绿色环保的汽车牌，希望通过新能源的引入，获得更多消费者的青睐，获得国家的大力支持，各式各样的新能源种类频频出现：
混合动力车、燃料电池车、电动车、氢动力车等等.正在减少环境污染和能源消耗多元化的影响下,为充分利用汽车新型燃料资源,提高能源综合利用效益,新型燃料之中的天然气作为一种优质、价廉和清洁的汽车燃料已得到广泛应用。
本文根据新型燃料的特性,结合当前中国汽车技术状况和压缩天然气装置的技术水平,研究新型燃料在汽油和柴油发动机上的应用。
【关键词】
汽车技术状况汽车新型燃料减少环境污染物理化学性质新型燃料生产能源综合利用着火提前角尾气排放处理甲醇及乙醇发展前景
Abstract:
Automobiledevelopmenttodate,youcansaythatithasbecomeanindispensabletoolforthousandsofhouseholds,butwiththecrazyincreaseinthenumberofvehicles,airpollutionproblemshaveincreased,environmentalissuesonseveraloccasionsintheglobalmulti-nationalseminarsbeenmentioned,manycountrieshaveindicatedthatenvironmentalissueshavebecometheworld'
smostprimaryconcern.Tothisloomingenvironmentalproblemtobesolved,andmanycarmanufacturershavehitnewenergy,greencarbrand,hopestheintroductionofnewenergysourcestogetmoreconsumersaccesstostatesupport,allkindsofnewfrequenttypeofenergy:
hybrid,fuelcellvehicles,electricvehicles,hydrogen-poweredvehiclesandothers.istoreduceenvironmentalpollutionandenergyconsumptionundertheinfluenceofdiversification,inordertotakefulladvantageofthenewautomotivefuelresources,improvingenergyutilizationefficiency,thenewfuelintonaturalgasasahigh-quality,affordableandcleanerfuelsforvehicleshasbeenwidelyused.Basedonthecharacteristicsofthenewfuel,combinedwiththecurrentsituationandtheChinaAutomotiveTechnologyandtechnologicallevelofcompressednaturalgasequipment,researchintonewfuelsingasolineanddieselengineapplications.
Keywords:
AutomotiveTechnologyandanewfueltoreduceautomobilepollutionsituationinthephysicalandchemicalpropertiesofnewfuelforenergyproductionandcomprehensiveutilizationofignitionadvanceangleexhaustemissionsafter-treatment
引言
能源是经济发展的基础，没有能源工业的发展就没有现代文明。
人类为了更有效地利用能源一直在进行着不懈的努力。
历史上利用能源的方式有过多次革命性的变革，从原始的蒸汽机到汽轮机、高压汽轮机、内燃机、燃气轮机，每一次能源利用方式的变革都极大地推进了现代文明的发展。
进入21世纪，环境与发展问题受到国际社会的普遍关注，石油资源的日益短缺以及燃烧油品对环境造成的污染已成为许多国家调整能源政策的出发点，不少国家将液化石油气以及新型汽车燃料作为未来汽车的代用燃料。
常规车用燃料（汽油、柴油）主要来自石油,石油是不可再生的资源。
进入新世纪,对汽车的尾气排放提出了更高的限制要求,从而对汽、柴油质量也提出了越来越高的质量标准,在车用燃料环保、节能、高效的推动下,一些新型汽车代用燃料应运而生,研发和应用新型汽车燃料已成为发展的唯一趋势。
第一章新型燃料简介
1.1几大新型燃料、新型能源的优缺点比较：
近年来，国民经济及交通运输业的飞速发展,对能源的需求也日益增长。
而另一方面,世界石油资源日趋减少,石油燃料短缺。
同时,随着我国内燃机保有量的稳定增长,内燃机排放所带来的大气污染也日益严重,能导致温室效应的CO2也逐年增加。
因此寻找一种清洁的汽车代用燃料已成为许多相关科技工作者的研究目标。
1.1.1几大新型燃料、新型能源的优缺点比较：
一、乙醇：
乙醇作为一种醇类燃料，具有和其他醇类颜料共有的优点：
1.醇类中含有氧基，碳氢比低，可实现无烟燃烧，污染轻微，燃烧干净，能显著降低CO的排放，在高纬度地区尤其有竞争力，因此酒精汽油也叫“环保汽油”；
2.醇燃料的辛烷值高，可通过提高压缩比来提高热效率；
3.醇的气化潜热大、蒸汽压力低，能降低缸内温度，减少发动机热负荷，降低NOX，减少压缩负功，并可提高充气系数；
4.醇的冰点比汽油低得多，故无需担心在环境温度比较低时，像汽油那样在化油器中容易结冰，影响化油器正常工作；
5.醇类的着火极限、燃烧速度快，在稀混合气时仍能保持较高的火焰传播速度，这就使得选择运转工况时有较大的自由度，有利于净化空气及降低油耗。
二、DME（二甲醚）：
目前日本研究机构开发的一种称为DME（二甲醚）,被认为是有希望代替汽油与液化天然气（LPG）的新型燃料。
它最大
特点是在燃烧时绝不会产生任何黑烟，由于其成份不含硫所以也不会产生硫化物（SOx），氮氧化物（NOx）的生成量也比汽油和液化石油气要少。
DME生产分为两类,一类是甲醇脱水法，在天然气中混入氧和水蒸气,高温加热合成甲醇,再将其脱水生成DME。
另一类为直接合成法，将煤炭等原料从合成甲醇到脱水所有的反应均在同一容器中进行,从技术角度来看生产技术已近成熟。
DME与汽油相比,十六辛烷值（自燃性）高,燃料可以充分燃烧,因此不容易产生氮氧化物。
三、甲醇汽油：
甲醇是有机可燃化合物，可由天然气或煤炭经合成气采用铜基催化剂制备。
其性质很适合于单独作为汽车燃料或按一定比例与汽油掺和作汽车燃料。
甲醇汽油的稳定性主要取决于混合液中的水分。
当水分达到一定含量时甲醇会从基础汽油中分离,因此,使用甲醇汽油应严格控制水分。
甲醇汽油对铜、铅、铋、镍、锌等合金不产生腐蚀，相反,在混合燃料中（乙醇汽油）掺入一定量的甲醇时,可抑制其他醇类的腐蚀。
在醇燃料中含有低于0.2%的水能防止腐蚀,而大于0.3%会发生相分离,下层的水醇相形成电解质对某些金属产生电化学腐蚀。
为此,在化油器或电喷系统可采用镀铬、镀镍处理。
关于甲醇汽油使用的安全性，汽车的进气管温度一般存365℃～400℃之间,甲醇的自燃点为470℃,不同比例甲醇汽油的自燃点随加入甲醇的比例升高而升高,其使用温度均在自燃点以下,故有很大的安全系数。
四、压缩天然气：
压缩天然气是一种燃烧充分、无硫、绝对安全和有利环境的燃料。
改用压缩天然气的主要问题是储气罐太大太重,占了后背箱的三分之一。
重量过重加速后轮胎磨损和破裂;
主要好处是压缩天然气比汽油便宜得多，一立方米气（相当于一升油的能量）比一升汽油要便宜一半,经济性较好。
因此也受到出租车的青睐,目前改用压缩天然气的车中,出租车占85％。
此外,改气可以减少石油的消耗。
五、液态轻烃：
使用液态轻烃燃料与使用天然气、液化石油气相比，具有较高热值，对人体没有毒害，对环境几乎达到零污染；
运输、贮存、加注和车载都方便，尾气排放污染物大幅下降、价格便宜和轻烃加油站建站费用低等优点，是很好的汽车代用燃料。
轻烃的原料来源十分广泛，主要来源于油田、气田、天然气净化厂等生产过程中的伴生气凝析液和炼油厂、溶剂油厂、石油化工厂、乙烯工厂的副产品,如炼油厂生产的拔头油、轻石脑油、溶剂油厂生产的石油醚，油（气）田生产的稳定轻烃、天然气净化厂生产的“塔底油”等,上述原料都能作为轻烃原料。
六、新型钠燃料电池：
汽车燃料箱装入的燃料为钠硼氢化物（NaBH）,可在常规条件下储藏和携带。
通过安装在车上的催化器装置,使NaBH溶液在行车过程中不间断的产生氢（燃料）而提供给燃料电池。
失去氢的糊状物质（已变化为NaBO）被车的收集器所保存,在汽车燃料箱重新加注钠燃料时,由电泵从收集器里吸出NaBO，排入燃料加注站的化学反应设备中重新吸收氢而成为钠硼氢作燃料，这种钠燃料电池具有技术优越性,不仅技术障碍少,而且也利于在社会推广燃料电池汽车。
七、太阳能电池：
目前，太阳能电池的主流是通过加工硅结晶来生产的“结晶硅系列”。
由于能够使用半导体加工技术，因此主要以电机制造商为中心进行开发。
而本田的太阳能电池主要通过层叠铜、铟、钾、硒等化合物薄膜来制造。
与结晶硅系列产品相比，能够使用更少的材料制作太阳电池。
因此，结晶硅系列最薄的厚度也有200微米（微米为100万分之1米）左右，而本田的产品成功地缩小到3微米。
这样，生产时的能耗就减少到原来的1/6左右。
目前面临的问题是:
将光能转换成电能时的转换效率非常低。
要想获得相同的电力,必须有较大的面积。
而且,由于批量生产的制造技术难度大,因此,太阳能电池制造商虽然认可CIGS的低发电成本及低能耗,但认为在一段时间内结晶硅系列仍将主导太阳能电池市场。
1.2新型燃料的综合分析
从以上汽车新型燃料中我们可以看出，清洁的汽车代用燃料中电池燃料应为首选，我国也曾在“纯电动车”开发方面下功夫，虽有较大发展，但由于电池问题没有解决,没有什么大的突破。
如铅酸电池,虽然廉价安全可靠，但能量低、重量高、体积大、续行里程短,还需要建设地面充电检测等设施，难于为地方政府、企业、用户所接受;
而镍氢、锂离子、特别是燃料电池,虽然极具前途，但均很昂贵,且建设投入均很大,我国只能少量试点，集中进行。
内燃机与电动机双驱动的混合动力技术,将成为一段时间内清洁燃料汽车商业化的主导。
其中双燃料汽车保留汽油、柴油的供油系统，外加一套供气系统，技术较为成熟；
专用气体燃料汽车可以充分发挥天然气理化性能特点，价格低，污染少，是最清洁的汽车。
车用乙醇汽油是指在汽油组分油中，按体积比加入一定比例（我国规定比例是10%）的变性燃料乙醇调配而成的一种新型清洁车用燃料。
首次使用，应对油箱清洁性、无水性加以确认。
因此建议，行驶3万公里以上车辆，在第一次使用车用乙醇汽油时，最好对油箱进行彻底的清洗，排除油箱底部可能沉积的水及杂质。
因为车用乙醇汽油由于含有一定量的变性燃料乙醇，易溶于水。
不同于汽油，汽油可以与水分离，水分沉积在油箱底部。
而乙醇汽油中的变性燃料乙醇与油箱中沉积水互溶，造成油质含水，使之产生不易点燃现象，影响发动机的正常工作，甚至加入后发动机无法启动。
同时，车用乙醇汽油具有较强的清洗作用。
在使用初期，会把原来使用普通汽油时可能形成的污垢等杂质清洗下来，由油管吸入供油系统造成汽油滤芯或化油器雾化喷嘴、电喷车的喷嘴被杂质堵塞。
因此，在使用车用乙醇汽油之前，应对油路系统进行一次检查清理，除去污垢。
清洗作业应当在具有二类以上资质的汽油车维修企业，严格按照规范进行。
重点对油箱、燃油滤清器、油泵、化油器、喷嘴油、油路及油路滤网等逐项进行清洗。
第二章汽车节油新技术的应用
2.1汽车改造技术不断完善
汽车结构设计与制造出性能良好、燃油消耗低的汽车是很重要的。
汽车的发动机、传动系、汽车外形等方面与燃油经济性有着密切的关系。
2.1.1发动机方面发动机作为汽车的“心脏”,其性能的好坏将直接影响到汽车的动力性和经济性。
对于使用者来说,应选用高压缩比、小排量、轻量化高强度的电控燃油喷射（或电控燃油缸内直接喷射分层燃烧）的发动机。
2.1.2传动系统方面复杂的传动系统会造成零件数量增多、传动效率降低、车重增加,造成动力性、经济性的下降。
首先,应选用挡位较多的机械式手动变速器（或无级自动变速器）;
其次,应选用主减速比较小的主减速器;
最后,应选用传动路线较短、机械效率高的传动系统（如轿车应选用发动机前置前驱,客车应选用发动机后置后驱）。
2.1.3汽车质量方面汽车质量将影响到汽车的行驶阻力（包括滚动阻力、空气阻力、坡道阻力及加速阻力）,因此减小汽车质量是降低油耗最有效的措施之一。
所以我们应选用高强度轻材料、发动机前置前驱、承载式车身和主要零件高强、轻量、小型化的汽车。
2.1.4汽车的外形与轮胎方面外形应选用流线形车身,以减小空气阻力系数（即风阻系数）,这样在高速行驶时可以有效降低行驶阻力中的空气阻力,有显著的节油效果。
据测算,风阻系数每下降10%,可使油耗降低6%。
汽车轮胎主要影响汽车的动力性和经济性。
因此应选用滚动阻力小的轮胎（如子午线轮胎,它可比普通斜交轮胎节油5～8%）。
2.2汽车的技术状况、驾驶操作技术
汽车的技术状况对于一定的车型而言,汽车燃油消耗量的多少,主要取决于汽车的技术状况、驾驶操作技术水平以及有关的运行条件。
保持汽车良好的技术状况,不但可以延长汽车的使用寿命,降低使用成本,对于发动机性能的提高和降低汽车的行驶阻力亦同样有效。
要使汽车达到一个最佳的技术状况,就必须严格执行汽车保养规范,及时准确地对车辆进行保养和调整。
对于现代汽车,驾驶者能动手做的事越来越少,但驾驶者可根据车辆的使用情况对汽车的各个系统提出检查和调整的要求。
2.2.1汽车的底盘:
其技术状况的好坏与保养和调整的关系很大。
保持底盘各部件间正常的润滑和配合间隙,可以有效的提高传动系统的效率。
正确的前轮定位和制动系统间隙可以有效地减少行驶阻力。
2.2.2轮胎:
气压对滚动阻力系数影响很大,若轮胎气压降低30%,轿车的油耗将增加5～10%,柴油载货汽车油耗将增加20～25%,并且在高速驾驶时极易发生爆胎现象。
除此之外,轮胎的宽度越宽（轮胎的宽度体现在轮胎标号中的扁平率,扁平率值越小,轮胎越宽）,其和地面的接触面积越大,汽车所获得的驱动力越大,但滚动阻力也越大,汽车的燃油消耗量也越大。
2.2.3汽油标号的选择:
汽油的标号只与发动机的压缩比有关,而与汽油的其他性能没有多少关联,所以不是标号越高的汽油油品就越好。
汽油标号的不同,代表的是不同的辛烷值（辛烷值代表汽油的抗爆性）,只有使用适合发动机压缩比的标号汽油,才能使燃油经济性达到最佳。
如果一味的追求高标号汽油,只会使燃油经济性变差。
至于发动机的压缩比值以及适合其使用的汽油标号,可以在车辆的说明书中或油箱盖内侧查到。
2.2.4润滑油的质量对汽车的油耗也有很大的影响。
冬季应选用冬季润滑油（w系列的），夏季应选用夏季用润滑油，在特别严寒的条件下，用低温润滑油。
2.3CNG双燃料汽车改装介绍
天然气、汽油双燃料汽车又称压缩天然气汽车（简称CNGV）。
天然气、汽油双燃料汽车是在原燃油汽车的基础上加装一套压缩天然气（简称CNG）燃料供给系统，使我们的汽车具有燃油、燃气两套独立的燃料供给系统。
天然气、汽油双燃料汽车在行驶过程中，可以随时任意转换两种燃料供给方式，基本上不影响汽车的行驶性能，但两种燃料不能混烧。
天然气是一种既经济又清洁的汽油替代燃料。
天然气汽车的改装与使用已经历时60余年，所用技术已经是一个非常成熟的技术。
由于国际油价的飞涨，国内、外的天然气开发在近几年达到了飞速发展，因而使以天然气为燃料的汽车近几年在国内、外也得到了广泛的推广与应用。
北京市以天然气作为汽车燃料，已经经历了7年的历程，在北京道路上我们随处可见“清洁燃料汽车CNG发动机后置”的公交车。
由于天然气气源的无法保障，所以一直仅限于北京市的公交车使用，截止到2006年中旬，北京市天然气公交车已经有近3000辆，天然气公交车现在仍在发展中。
汽车使用天然气为燃料的费用计算方式为：
汽油耗油量（L）*1.1=天然气耗气量（M3）北京93号汽油价格为：
4.90元，天然气价格2.40元，燃料费用直接差价为：
2.50元，如果考虑消耗量比值，燃料费用总差价为：
2.72元。
燃料费用仅占原燃料费用的45%。
例：
在充分考虑到改装费用的投入与燃油费用的节约，参照国内天然气改装情况，根据北京市的具体情况，我们对切诺基的改装进行了可行性试验，实际更改了一辆99年产的4缸4驱电喷切诺基，加装了2个50升储气瓶。
并记录下了加气金额和行驶里程。
现提供给大家作为参考：
切诺基使用CNG情况记录表
行驶公里数
加气金额（元）
230
58.66
201
57.22
215
56.72
253
52.16
219
58.86
合计：
1118公里
合计：
283.62元
按照以上数据计算，使用天然气作为燃料每百公里费用为：
283.62元÷
1118公里×
100≈25.37元
换算为百公里汽油耗油量为：
25.37元÷
4.90元≈5.18升（93号汽油）
如果按切诺基正常行驶每百公里耗油14升计算，切诺基百公里行驶费用为：
4.90×
14=68.60元
使用天然气与使用汽油每百公里差价为：
68.60元－25.37元=43.23元
如果按照每天行驶100公里计算，使用天然气为燃料全年可以节约燃料费：
43.23元×
365天=15778.95元，
实际天然气燃料费占汽油燃料费的37%。
通过以上计算，切诺基改装为天然气、汽油双燃料，以天然气为燃料，所节省的效益是非常高的。
改装费用根据汽车的不同，安装气瓶数量及品种的不同，改装费用也不相同，具体价格均需要根据车型不同、要求不同有所选择与改变。
第三章气体燃料汽车的应用
从减少汽车尾气中有害排放物、保护环境以及寻求清洁燃料的角度出发，使用天然气、液化石油气及氢燃料的汽车受到普遍的关注。
本章所介绍的气体燃料汽车，主要是指以天然气及石油气为燃料以及既能使用气体燃料又能使用液体燃料的双燃料汽车。
研究开发、生产气体燃料汽车，首先要深入了解气体燃料及该种汽车的特性，使气体燃料汽车具备优良性能，还必须解决一些技术问题。
3.1气体燃料的种类及性质
3.1.1作为燃料燃烧能产生热能的气体燃料可分为4大类：
1．单组分气体燃料
烃化合物中较轻部分以气态或蒸气状态存在，如甲烷（CH4）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）、乙炔（C2H2）等。
2．天然的矿物质气体燃料
在汽车上常用的有天然气（NaturalGaS），以气态存在。
按储存状态分压缩天然气（CNG）及液化天然气（LNG）。
由石油矿藏中伴生的为石油气（PetroleumGas），以液态存在叫液化石油气（LPG）。
煤矿中的可燃气叫煤气。
在一些文献中，常将这些可燃气统称为煤气（Gas）。
3．生物质气体燃料
这是用可再生的生物质原料或废弃物生产出的气体燃料。
如将生物质在低于430℃的温度下进行处理，生产出以甲烷为主并含有CO2及H2的可燃混合体，其热值约为26MJ／m3，这种混合气也叫热解煤气。
又如将农作物废料、垃圾、粪便及污泥等在常温下进行隔绝空气的厌氧处理，则可生产出含甲烷等的沼气。
4．工业生产及加工出的气体燃料
生产气体燃料的基本原料有煤、焦炭、重油及木材等生物质。
在一些工业生产中常伴生出一些气体燃料。
属于这类气体燃料的如焦炉煤气、蓝色水煤气、发生炉煤气及高炉煤气等。
另外，为了获得较高的燃烧效率及低排放，也有人为地将某种液体燃料变成气态后再使用。
例如将甲醇先在蒸发器中变成气体，然后送入用铂、铑或者铜等作为催化剂的裂解反应器，在约500℃的温度下，将甲醇裂解为H2及CO。
裂解甲醇气的热值比液体甲醇高20％，抗爆燃性好，热效率高，由于其成分是H2及CO，因此内燃机使用时排放较低
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