汽車構造(12)-新能源汽車

1、新能源汽車壓縮天然氣汽車及液化石油氣汽車 n壓縮天然氣和液化石油氣為燃料的汽車，分別稱為壓縮天然氣汽車(CNGV)和液化石油氣汽車(LPGV)。n天然氣是從天然氣田直接開采出來的，其主要成分是甲烷，極難液化。因此，目前大都將其壓縮到20MPa的高壓，充入車用氣瓶中儲存和供汽車使用，即所謂的壓縮天然氣(CNG)。 n石油氣是石油催化裂化過程和油田伴生氣回收輕烴過程中的產品。石油氣在常溫下加壓到1.6MPa即可液化而成液化石油氣(LPG)。從油田氣制得的LPG，其主要成分為丙烷、丁烷和少量的乙烷和戊烷，不含稀烴，適于作車用燃料。 天然氣、液化石油氣及若干其他燃料的理化性質 天然氣、液化石油氣及若干

2、其他燃料的理化性質CNG和LPG的主要優(yōu)點 n天然氣和液化石油氣在常溫下為氣態(tài)，容易與空氣混合形成均勻的可燃混合氣，燃燒完全，可以大幅度減少CO、HC和微粒的排放。另外，天然氣和液化石油氣的火焰溫度低，因此NOx的排放量也相應減少。 n天然氣辛烷值高達130，液化石油氣的辛烷值也在100左右，因此，燃用天然氣或液化石油氣可提高發(fā)動機的壓縮比，從而獲得較高的發(fā)動機熱效率。n冷起動性和低溫運轉性能良好，在暖機期間無需加濃混合氣。n燃燒界限寬，稀燃特性優(yōu)越。燃燒稀混合氣，可以減少NOx的生成和改善燃料經濟性。n不稀釋潤滑油，可以延長潤滑油更換周期和發(fā)動機使用壽命。LNG和LPG的缺點 n因為天然氣在

3、常溫、常壓下是氣體，所以其儲運性能差。目前廣泛采用將壓縮天然氣充入車用氣瓶內儲運的辦法，這些氣瓶既增加了汽車自重，又減少了載貨空間。雖然可以通過深冷液化技術制成液化天然氣(LNG)，但技術復雜，生產成本高。n一次充氣的續(xù)駛里程短。nCNG或LPG均呈氣態(tài)進入氣缸，使發(fā)動機充量系數降低；另外，與汽油或柴油相比，CNG或LPG的理論混合氣熱值小，因此，燃用CNG或LPG將使發(fā)動機功率下降。 兩用燃料發(fā)動機 n汽油/CNG兩用燃料發(fā)動機 n汽油/LPG兩用燃料發(fā)動機 n柴油-CNG雙燃料發(fā)動機 汽油/CNG兩用燃料發(fā)動機 n將汽油機改裝為汽油/CNG兩用燃料發(fā)動機之后，當燃用天然氣時，發(fā)動機的功率和

4、轉矩都會明顯下降。n有研究表明，適當提高改裝機的壓縮比不僅可以減小功率損失還能改善發(fā)動機的燃料經濟性。 CNG供給系統(tǒng)組成及工作原理 減壓調節(jié)器 0.8MPa20MPa比例調節(jié)式混合器 n混合器安裝在化油器的進氣口上。混合器的 C 腔經化油器與進氣歧管連通，A 腔與發(fā)動機的空氣濾清器相連，D 腔則通天然氣低壓通道，膜片室 B 通過氣孔與 C 腔相通。n當發(fā)動機工作時，進氣管真空度傳至 C 腔，并通過氣孔傳入膜片室 B，使膜片室產生真空。由于 A 腔接近于大氣壓力，因此膜片在 A 腔與膜片室的壓力差作用下，克服膜片自身的重力和彈簧的彈簧力向上彎曲，打開天然氣閥口和空氣入口，使天然氣和空氣進入 C

5、 腔并在其中混合后進入發(fā)動機。n在發(fā)動機工作期間，膜片將隨著進氣管真空度的變化而上下運動，天然氣閥口和空氣入口的開度也就隨之變化。當發(fā)動機停機時，A 腔、C 腔和膜片室 B 均為大氣壓力，膜片在其自身的重力和彈簧力的共同作用下，向下彎曲并將天然氣閥口和空氣入口關閉。 手動截止閥 n在截止閥閥體內裝有柱閥，柱閥左端面嵌有密封墊，彈簧的預壓力作用在柱閥的右端，保持柱閥常開，CNG從氣瓶經柱閥流出截止閥。當轉動手輪時，心軸向左壓迫膜片并推動柱閥左移壓在閥座上，使截止閥關閉。n膜片由薄鋼片或黃銅片制造，其作用是防止CNG通過心軸向外泄漏。在心軸上接一個加長軸，目的是為了把手輪裝入駕駛室，以便駕駛人能在

6、駕駛室內操縱截止閥的開閉 汽油/LPG兩用燃料發(fā)動機 蒸發(fā)調壓器 n蒸發(fā)調壓器的作用是使LPG蒸發(fā)和減壓。n由于LPG的飽和蒸氣壓最大不超過1.43MPa(氣溫為38時的表壓力)，比CNG氣瓶內的壓力低得多，一般只需要一級或二級減壓。 電控CNG噴射系統(tǒng) 柴油-CNG雙燃料發(fā)動機 n由于天然氣的自燃溫度高出柴油一倍以上，不容易自燃，因此柴油壓縮天然氣發(fā)動機，在每一個工作循環(huán)，均由噴油泵經噴油器向氣缸內噴入少量柴油作為“引燃燃料”，待柴油著火燃燒后再將天然氣點燃。nCNG儲存在車用氣瓶12內，壓力為20MPa，打開供氣閥9，CNG沿管道進入預熱器8，由發(fā)動機的循環(huán)冷卻液對CNG加熱。升溫后的CN

7、G進入高壓減壓器7，將壓力降至0.950.10MPa。在高壓減壓器之后設有氣體壓力異常信號發(fā)生器5和安全閥6。當高壓減壓器失靈并造成管道內氣體壓力過高時，信號發(fā)生器將發(fā)出信號報警，同時安全閥開啟放出部分天然氣，以避免由于氣體壓力過高而損壞系統(tǒng)內的其他元器件。如果因為密封失效天然氣外泄而引起管道內氣體壓力過低時，信號發(fā)生器也將發(fā)出信號報警，這時駕駛人應關閉供氣閥，停止向發(fā)動機供氣，檢查管路，排除故障。CNG流經電磁閥4并進入低壓減壓器15，在其中經兩級降壓后壓力降到0.10.15MPa。隨后天然氣經計量器17進入混合器18，并在其中與空氣混合后進入氣缸，在壓縮行程結束之前被已經著火燃燒的柴油點燃

8、。 計量器n計量器是控制供給發(fā)動機天然氣量的裝置，實際上就是一個節(jié)流閥，由駕駛人直接操縱。節(jié)流閥開大，供氣量增多，發(fā)動機的功率增加。n通常計量器與限速器制成一體。限速器用來限制發(fā)動機的轉速不使其超速。當發(fā)動機轉速超過允許的轉速時，混合器喉管處的真空度經三通閥傳入限速器膜片的下方并吸引膜片向下彎曲。膜片帶動膜片拉桿向下移動。同時推動節(jié)流閥軸朝關閉節(jié)流閥的方向轉動。由于節(jié)流閥關小，供氣量減少，從而限制了發(fā)動機轉速的升高。當發(fā)動機恢復正常轉速之后，三通閥使限速器膜片下方與大氣相通，膜片恢復到原來的位置，限速器不起作用。 高壓減壓器n天然氣先經濾芯濾除其中的雜質，然后進入高壓腔 A，再經過減壓閥與減壓

9、器體之間的縫隙及減壓閥與減壓閥座之間的通道進入工作壓力腔 B，最后經減壓器出口恒壓輸出。n在此過程中，天然氣由于在工作壓力腔內膨脹而降壓。在減壓器內，作用于膜片上方的壓力調節(jié)彈簧的彈簧力與作用在膜片下方的天然氣壓力和平衡彈簧的彈簧力保持相對平衡。當天然氣輸出量增多時，B 腔壓力下降，上述平衡被破壞。這時膜片在壓力調節(jié)彈簧的作用下向下彎曲，帶動推桿下移，使減壓閥開大，進入 B 腔的天然氣增多，B 腔的壓力又可復原。如果天然氣的輸出量減少，則情形相反，B 腔的壓力將會升高，使膜片向上彎曲并帶動推桿上移，減壓閥關小，進入 B 腔的天然氣減少，B 腔內的壓力又降回到原來的水平。 電動汽車n純電動汽車蓄

10、電池電動汽車燃料電池電動汽車太陽能電動汽車n混合動力電動汽車并聯式混合動力電動汽車串聯式混合動力電動汽車混聯式混合動力電動汽車電動汽車的組成n電力驅動系統(tǒng) 包括電子控制器、功率轉換器、電動機、機械傳動裝置和車輪，其功用是將存儲在蓄電池中的電能高效地轉化為車輪的動能，并能夠在汽車減速制動時，將車輪的動能轉化為電能充入蓄電池。后一種功能稱作再生制動。n電源系統(tǒng) 包括電源、能量管理系統(tǒng)和充電機，其功用主要是向電動機提供驅動電能、監(jiān)測電源使用情況以及控制充電機向蓄電池充電。 n輔助系統(tǒng) 包括輔助動力源、動力轉向系統(tǒng)、導航系統(tǒng)、空調器、照明及除霜裝置、刮水器和收音機等等，借助這些輔助設備來提高汽車的操縱

11、性和乘員的舒適性。 電力驅動系統(tǒng) n電動汽車的電力驅動方式基本上可分為電動機中央驅動和電動輪驅動兩種。n由電動機、固定速比減速器和差速器等構成的電動機中央驅動系統(tǒng)。在這種驅動系統(tǒng)中，由于沒有離合器和變速器，因此可以減少機械傳動裝置的體積和質量。 電力驅動系統(tǒng)n電動機和固定速比的行星齒輪減速器安裝在車輪里面，沒有傳動軸和差速器，從而簡化了傳動系統(tǒng)。但是，電動輪驅動方式需要兩個或四個電動機，其控制電路也比較復雜，這種驅動方式在重型電動汽車上有較廣泛的應用。 電動機n20世紀90年代以前主要采用直流電動機 n無換向器真流無刷電動機已經面世 n交流感應電動機在電動汽車上廣為應用 n另一種用于電動汽車上

12、的交流電動機是交流同步電動機。n開關磁阻電動機被公認是一種極有發(fā)展前途的電動汽車驅動電動機。 蓄電池n鉛酸蓄電池 n鎳隔(Ni-Cb)電池 n鎳氫(Ni-MH)電池 n鈉硫(Na-S)電池 n鋰離子(Li-Ion)電池 燃料電池n電動汽車用燃料電池的燃料為氫和甲醇，氧化劑為空氣。n燃料電池具有比能量高、使用壽命長、維護工作量少以及能連續(xù)大功率供電等優(yōu)點。另外，燃料電池電動汽車可達到與燃油汽車相同的續(xù)駛里程。燃料電池n根據電解質的不同，燃料電池可分為堿性燃料電池、磷酸燃料電池、質子交換膜燃料電池、溶融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池五類。n適于電動汽車用的有堿性燃料電池和質子交換膜燃料電池。

13、質子交換膜燃料電池n質子交換膜燃料電池用作電動汽車的電源有以下優(yōu)點：在所有燃料電池當中，質子定換膜燃料電池的比功率和功率密度都最高，在相同輸出功率的情況下，體積最小；工作溫度低，起動時間短；電池中惟一的液體為水，從而避免了腐蝕作用；使用固體電解質，因而不會發(fā)生電解液蒸發(fā)、外溢等問題。質子交換膜燃料電池的缺點是內阻稍大，而且需使用貴金屬鉑作電極催化劑。 能量管理系統(tǒng) n能量管理系統(tǒng)由電壓、電流和溫度等傳感器以及控制單元及其輸入/輸出接口等組成，其功用為：檢測電動汽車電池組中各單體電池的端電壓和溫度以及各單體電池充、放電電流；預報電池組剩余的電量和電動汽車還能續(xù)駛的里程；電池需要充電時，及時報警，以防電池過放電而影響其使用壽命；當電池組充電時，能量管理系統(tǒng)根據檢測到的各單體電池的相關數據，確定各單體電池的充電狀態(tài)，并控制充電機的充電過程，保證各單體電池均衡充電，不使其過充電或欠充電；合理分配電池能量，以達到節(jié)能目的，例如，當鉛酸電池作為電動汽車的主電源時