現(xiàn)代汽車新技術(shù)概論（第2版）-田晉躍課件第三章新能源與綠色汽車

現(xiàn)代汽車新技術(shù)概論第三章新能源與綠色汽車第三章新能源與綠色汽車教學(xué)目標(biāo):

通過本章的學(xué)習(xí)，了解當(dāng)前國內(nèi)外的新能源及綠色汽車的發(fā)展趨勢。了解目前汽車業(yè)中常見代用燃料的類型、特點及其基本工作原理。掌握燃料電池汽車、混合動力汽車的基本結(jié)構(gòu)及工作原理。方便讀者通過自學(xué)掌握目前的新能源與綠色汽車技術(shù)。上一頁下一頁教學(xué)要求上一頁下一頁知識要點能力要求相關(guān)知識綠色汽車的概況了解目前綠色汽車的類型及國內(nèi)外的發(fā)展概況綠色汽車的概念、評價及發(fā)展概況代用燃料和新能源技術(shù)了解目前常見的代用燃料，及其優(yōu)缺點和工作原理介紹4種常用代用燃料，并將其與化石燃料作對比綠色汽車掌握燃料電池汽車和混合動力汽車的工作原理分別介紹燃料電池汽車和混合動力汽車的特點、類型、工作原理導(dǎo)入案例太陽能汽車是一種靠太陽能來驅(qū)動的汽車。相比傳統(tǒng)熱機驅(qū)動的汽車，太陽能汽車是真正的零排放。如圖3.1所示。上一頁下一頁返回圖3.1太陽能汽車閱讀材料3-1

2001年，新能源汽車研究項目被列入國家“十五”期間的“863”重大科技課題，并規(guī)劃了以汽油車為起點，向氫動力車目標(biāo)挺進(jìn)的戰(zhàn)略。“十一五”以來，我國提出“節(jié)能和新能源汽車”戰(zhàn)略，政府高度關(guān)注新能源汽車的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。

2006-2007年，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展取得了重大的進(jìn)展，我國自主研制的純電動、混合動力和燃料電池三類新能源汽車整車產(chǎn)品相繼問世；混合動力和純電動客車實現(xiàn)了規(guī)模示范；純電動汽車實現(xiàn)批量出口；燃料電池轎車研發(fā)進(jìn)入世界先進(jìn)行列。2007年12月，長安汽車自主開發(fā)的中國首款混合動力汽車——杰勛HEV的量產(chǎn)下線。新能源動力汽車外形如圖3.2所示。上一頁下一頁返回圖3.2新能源動力汽車外形

2008年，新能源汽車在國內(nèi)已呈全面出擊之勢。2008年成為我國“新能源汽車元年”。2008年1-12月新能源汽車的銷量增長主要是乘用車的增長，1-12月新能源乘用車銷售899臺，同比增長117%，而商用車的新能源車共銷售1536臺，1-12月同比下滑17%。

2009年，在密集的扶持政策出臺背景下，我國新能源汽車駛?cè)肟焖侔l(fā)展軌道。雖然新能源汽車在中國汽車市場的比重依然微乎其微，但它在中國商用車市場上的增長潛力已開始釋放。2009年1-11月，新上一頁下一頁返回能源乘用車銷量同比下降61.96%，至310場的比重依然微乎其微，但它在中國商用車市場上的增長潛力已開始釋放。2009年1-11月，新能源乘用車銷量同比下降61.96%，至310輛。2009年1-11月，新能源商用車——主要是液化石油氣客車、液化天然氣客車、混合動力客車等——銷量同比增長178.98%，至4034輛。相比在乘用車市場的冷遇，“新能源汽車”在中國商用車市場已開始迅猛增長。

我國工信部發(fā)布了2010年首期新車目錄，4款自主品牌新能源車上榜，分別為：上一頁下一頁返回比亞迪e6純電動四驅(qū)轎車，海馬H1-EV純電力驅(qū)動概念車，風(fēng)神S30弱混合動力車，長安中度混合動力版志翔車。此舉標(biāo)志著新能源車正式邁入量產(chǎn)上市階段。

在能源和環(huán)保的壓力下，新能源汽車無疑將成為未來汽車的發(fā)展方向?！笆濉逼陂g，我國新能源汽車將正式邁入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段：2011-2015年開始進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，在全社會推廣新能源城市客車、混合動力轎轎車、小型電動車。“十三五”期間即2016-2020年，我國將進(jìn)一步普及新能源汽車、多能源混合動力車，插電式上一頁下一頁返回電動轎車，氫燃料電池轎車將逐步進(jìn)入普通家庭。

為應(yīng)對全球氣候變化、發(fā)展低碳經(jīng)濟，生產(chǎn)更環(huán)保、更省油的新能源汽車已成為未來汽車工業(yè)發(fā)展的趨勢。世界各國對開發(fā)新能源內(nèi)燃機和動力機械給予了極大的關(guān)注，新型能源動力汽車的研究非?；钴S，已取得了許多突破性的成果。上一頁下一頁返回3.1概述

新型能源，是相對于汽車使用的汽油和柴油傳統(tǒng)能源而言的。目前研究應(yīng)用于汽車動力的新型能源，主要有各種代用燃料、天然氣和液化石油氣、太陽能以及燃料電池等。

新型能源汽車技術(shù)的內(nèi)容涉及面極廣，既包括能作為汽車動力能源的新型能源資源及其獲取技術(shù)，也包括使用新型能源動力機械的開發(fā)技術(shù)，還包括與應(yīng)用新型能源動力相匹配的汽車開發(fā)技術(shù)。上一頁下一頁返回

綠色汽車是對環(huán)保經(jīng)濟型一類汽車的統(tǒng)稱，與傳統(tǒng)燃油車輛相比，具有能耗低、污染物排放少等典型特征，又因其采用清潔（新）能源而帶來的環(huán)保效果，亦稱清潔汽車、新能源汽車。按照所使用燃料和驅(qū)動方式不同，綠色汽車可分為電動汽車、燃?xì)馄?、改良燃料汽車、醇類汽車以及其它能源汽車。上一頁下一頁返回綠色汽車及其類型閱讀材料3-2

綠色汽車的發(fā)展始于20世紀(jì)30年代意大利發(fā)的燃?xì)馄嚒烊粴馄嚒２贿^在當(dāng)時，它還不叫綠色汽車，因為環(huán)保的意識還未形成，冠于其的名稱是“代用燃料汽車”

到了20世紀(jì)70年代，由于美英等西方工業(yè)化國家在中東戰(zhàn)爭中明顯偏袒并支持以色列，從而引起中東阿拉伯國家的不滿，決心報復(fù)美英等國。于是他們聯(lián)合起來，切斷對西方石油的供應(yīng)，這使得當(dāng)時上一頁下一頁返回主要從中東國家進(jìn)口石油的西方工業(yè)國爆發(fā)了嚴(yán)重的能源危機，幾乎使他們的能源交通業(yè)處于癱瘓狀態(tài)。

進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟這兩個因素進(jìn)一步推動了代用燃料汽車和電動汽車在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的應(yīng)用。而且隨著汽車燃燒排放物對人類健康和生態(tài)環(huán)境危害的日益加劇，代用燃料汽車和電動汽車從最初的彌補石油資源不足為主要目的，轉(zhuǎn)變?yōu)榱私档推嚺欧盼铩⒏纳拼髿赓|(zhì)量和生態(tài)環(huán)境為主要目的。偶遇上述目標(biāo)之優(yōu)點，代用燃料汽車開始被稱為。

上一頁下一頁返回“綠色汽車”、“環(huán)保汽車”。

在20世紀(jì)的最后10年，環(huán)保問題變的更加嚴(yán)重。盡管由于執(zhí)行了嚴(yán)格的尾氣排放法規(guī)和進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，工業(yè)發(fā)達(dá)國家中的機動車尾氣排放得到了較好的控制。但是，持續(xù)的工業(yè)增長及車輛的廣泛使用，抵消了尾氣排放控制所取得的技術(shù)進(jìn)展。在城市，大氣中半數(shù)以上的污染源來自機動車的尾氣排放。而在發(fā)展中國家，情況則更糟。由于大多數(shù)機動車都沒有安裝尾氣排放控制裝置，致使尾氣污染大量排放，加之交通堵塞、機動車缺乏維修及地理位置等因素交織在一起，促成了大城市空氣的嚴(yán)重污染。上一頁下一頁返回

綠色汽車的優(yōu)點越來越被證明是解決全球污染、溫室效應(yīng)、水質(zhì)和土壤污染以及石油枯竭最有效的方法，加之代用燃料通常比汽油和柴油便宜，這一切使得綠色汽車在發(fā)展中國家和發(fā)達(dá)國家都得到了極大地重視。許多國家包括法國、意大利、俄羅斯、美國、加拿大、巴西、委內(nèi)瑞拉、阿根廷、埃及、馬來西亞及泰國等。

無疑，在新世紀(jì)里，綠色汽車在交通運輸中將扮演一個更加重要的角色。我們衷心期待著綠色汽車能給人類帶來綠色的新世紀(jì)。上一頁下一頁返回

綠色汽車是環(huán)保汽車的代名詞。汽車環(huán)保是一項綜合而又復(fù)雜的工作，除了排放治理技術(shù)外，還包括造材的選擇，結(jié)構(gòu)設(shè)計及工藝，強調(diào)降低材料用量，降低能耗、無毒副作用、不污染大氣和水質(zhì)，方便拆卸和分類，提高材料循環(huán)利用率，同時在生產(chǎn)、運輸、管理、使用、維修、報廢、回收等體現(xiàn)環(huán)保概念，此外還包括社會公益事業(yè)，使經(jīng)濟效益與生態(tài)效益達(dá)到完美統(tǒng)一。由于涉及內(nèi)容非常廣泛，依靠目前的技術(shù)，還很難全部實現(xiàn)，但世界各國的汽車業(yè)一直在不停地努力。上一頁下一頁返回

在過去的100年，內(nèi)燃汽車已發(fā)展到高度完善和精密階段，全世界已擁有8億多輛汽車，但隨著內(nèi)燃汽車的發(fā)展，由于石油是不可再生的能源，也帶來重大隱患，如資源枯竭、環(huán)境污染、國家經(jīng)濟安全。因此，開發(fā)“綠色”汽車已迫在眉睫。

綠色汽車是環(huán)保型汽車的美稱。通常是指那些開發(fā)過程無污染，使用健康且安全，不會破壞環(huán)境和生態(tài)，在特定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)下生產(chǎn)出來的汽車產(chǎn)品。它對汽車生產(chǎn)基地，汽車能源，汽車尾氣的要求，對汽車從成產(chǎn)，銷售到廢品回收的整個過程的要求，以及對環(huán)境，生產(chǎn)技術(shù)，安全等上一頁下一頁返回方面的要求，都有一定的國際標(biāo)準(zhǔn)。

目前國際上與綠色汽車相類似的叫法有很多，如稱之為“環(huán)保汽車”或“清潔汽車”等。雖然叫法不同，但實質(zhì)上差別不大，都是要求生產(chǎn)健康無污染的汽車，這是一種既追求保護(hù)環(huán)境，提高汽車安全性，又容易被廣大消費者接受的產(chǎn)品。現(xiàn)在市場上的綠色汽車主要有以下幾個種類：

1）新型柴油車

柴油機的熱效率高，和汽油機相比，可節(jié)省20%～25%的油耗。但多年來，柴油機在許多用戶的腦海有一些不好的印象，上一頁下一頁返回如噪音較大，尾氣冒黑煙，提速緩慢，冷啟動困難等。

近年來，柴油機在設(shè)計上有很大改進(jìn)，例如渦輪增壓及中冷技術(shù)，共軌式燃油噴射技術(shù)，新型廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，顆粒物過濾器及其再生技術(shù)等的應(yīng)用，使新型柴油機的性能大大改善，并能滿足嚴(yán)格的尾氣排放要求。2）可變排量發(fā)動機

高級小轎車和載重汽車都需裝用大功率發(fā)動機。此種功率強大的發(fā)動機在汽車加速及滿負(fù)荷爬坡時十分必要。但是，當(dāng)上一頁下一頁返回上一頁下一頁返回汽車在平路上等速運動時，不必要采用此種耗油很大的大排量發(fā)動機。因此，研究設(shè)計人員開發(fā)了一種“可變排量”的發(fā)動機即可按要求提供排量使部分汽缸暫時不起作用的發(fā)動機。當(dāng)汽車在某些運轉(zhuǎn)情況下，并不需要所有的汽缸內(nèi)產(chǎn)生燃燒，發(fā)出動力。采用具有迅速反應(yīng)能力的多功能微處理器，暫時中斷或恢復(fù)部分汽缸工作能力的過渡過程中并無突然動力下降或行駛不平穩(wěn)的感覺。3）混合動力驅(qū)動車混合動力驅(qū)動車在車輛上裝有一套內(nèi)燃機、發(fā)電機組以及一套蓄電池，如圖3.3

所示。發(fā)動機組中所用內(nèi)燃（汽油機或柴油機），較同類型普通汽車上所用發(fā)動機的功率小。

圖3.3

混合動力汽車上一頁下一頁返回這一較小功率的內(nèi)燃機，是在最佳工況（熱效率最高，尾氣排放污染最小）的條件下等速運轉(zhuǎn)。混合動力驅(qū)動車在運行中，能向蓄電池補充電能，因此不用像電動車電瓶車那樣，必須停歇在車庫（或充電站點）內(nèi)花很長時間充電?；旌蟿恿︱?qū)動車輛具有節(jié)能，低排放，低噪音等優(yōu)點，并保持了傳統(tǒng)的由內(nèi)燃機驅(qū)動的汽車?yán)m(xù)駛里程長的固有特點，混合動力驅(qū)動車輛不論在小轎車或是大型車輛（如公共汽車）領(lǐng)域中，均將有巨大的發(fā)展?jié)摿洼^好的市場前景。4）電動汽車

電動汽車主要以二次電池，燃料電池或太陽能電池為動力，不用汽油，無廢氣排放污染。作為清潔，節(jié)能的新型交通工具，它在行駛過程中無污染，熱輻射低，噪音小，不消耗汽油，可應(yīng)用多種能源，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便等，具有無以倫比的優(yōu)勢，受到世界各國的歡迎。電動汽車又是高科技的產(chǎn)物，它集光，電，化各學(xué)科領(lǐng)域的新技術(shù)為一體。如圖3.4所示。上一頁下一頁返回電動汽車消耗的能源是由發(fā)電廠提供的電力。發(fā)電可采用核能、水力、風(fēng)力、太陽能，潮汐能等多種能源，這種對能源多元化的需求可減少汽車對石油產(chǎn)品的依賴。另外給電動汽車電池充電主要是在夜間進(jìn)上一頁下一頁返回圖3.4

電動汽車行的，非高峰充電有利于平衡電網(wǎng)負(fù)荷，降低設(shè)備與管理費用，減少消費者的開銷。同時，廣泛采用電動汽車還有助于降低噪音污染，電動汽車比內(nèi)燃機汽車噪音低得多，能夠大大降低人口稠密地區(qū)、城市的噪音水平。

5）氫氣汽車

氫氣汽車是目前最有前途的車型，如圖3.4所示。氫氣既可以用于清潔發(fā)電，又能通過電解水得到，由于它燃燒生成的也是水，所以對水資源影響小。因此其與電動汽車相結(jié)合產(chǎn)生的氫燃料電池汽車對環(huán)境污染也小。

上一頁下一頁返回上一頁下一頁返回圖3.5氫氣汽車2.綠色汽車的發(fā)展概況

世界各國特別是西方的發(fā)達(dá)國家對開發(fā)綠色汽車技術(shù)非常重視，他們開發(fā)和推廣的以電動汽車、多種代用燃料汽車為主要內(nèi)容的綠色汽車工程正在世界廣泛應(yīng)用。世界各大汽車公司，如通用、福特、克賴斯勒、奔馳、雪鐵龍、寶馬、豐田、本田等，都在爭相研制各種新型無污染的環(huán)保汽車，力圖使自己生產(chǎn)的汽車達(dá)到或接近“零污染”標(biāo)準(zhǔn)。來自雅典、巴塞羅那、佛羅倫薩、里斯本、斯德哥爾摩和牛津等6城市的市長提出的“綠色汽車區(qū)”的構(gòu)想上一頁下一頁返回，就是提出要開發(fā)研究綠色汽車。他們曾在英國舉行的歐盟交通及環(huán)境會議上宣布，從2001年開始，其所在城市市中心將只對低廢氣排放的汽車敞開綠燈，污染嚴(yán)重的汽車將禁止通行。世界各國對“綠色汽車”的研究主要是對蓄電池電動汽車、燃料電池汽車、太陽能電動汽車的研究，代用燃料汽車開發(fā)的基本設(shè)想是使用汽油和柴油以外的燃料，如天然氣、醇類、氫等，所以汽車的安全、舒適、環(huán)保、節(jié)能是近半個世紀(jì)以來汽車工業(yè)發(fā)展所面臨的重要課題，這也是2l世紀(jì)汽車工業(yè)發(fā)展的基點和追求的目標(biāo)。

我國為推動和發(fā)展綠色汽車技術(shù)，于1996年在北京舉辦了一次國際電動汽車及上一頁下一頁返回代用燃料汽車技術(shù)交流會，這對我國開展電動汽車和代用燃料汽車的發(fā)展起到積極推動作用。許多科研機構(gòu)、高校院所和企業(yè)積極合作研究開發(fā)電動汽車和代用燃料汽車，國家也非常重視，在制定“九五”計劃時，把電動汽車列人科技攻關(guān)項目，在“十一五計劃”國家863計劃中，把電動汽車列入重大專項。以官、產(chǎn)、學(xué)、研四位一體聯(lián)合攻關(guān)，以電動汽車產(chǎn)業(yè)化技術(shù)平臺為重點，力爭在電動汽車技術(shù)方面有重大突破。只不過國內(nèi)外綠色汽車技術(shù)開發(fā)研究工作主要體現(xiàn)在能源和代用燃料方上一頁下一頁返回面，以達(dá)到汽車在使用過程中減少對環(huán)境的污染，而全面系統(tǒng)地研究開發(fā)綠色汽車的基礎(chǔ)理論和新技術(shù)工作不多。要使汽車真正成為綠色汽車，必須對汽車全面而系統(tǒng)地進(jìn)行綠色化技術(shù)的開發(fā)和研究，并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，才是汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。上一頁下一頁返回3.綠色汽車的設(shè)計與制造

1）綠色汽車的設(shè)計

要使汽車成為一種真正的綠色汽車，應(yīng)該了解綠色技術(shù)，它包括以下3方面的含義：

（1）綠色技術(shù)是一種現(xiàn)代技術(shù)體系。

（2）綠色技術(shù)是一種無公害化或少公害化技術(shù)，即無害于人類賴以生存的自然環(huán)境的技術(shù)，它主要體現(xiàn)在技術(shù)功能與環(huán)境功能的一致性上；因此，防止與治理環(huán)境污染，有利于自然資源生態(tài)平衡的技術(shù)均是綠色技術(shù)，這是判定綠色技術(shù)的生態(tài)標(biāo)準(zhǔn)或環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。

（3）用綠色技術(shù)生產(chǎn)出的產(chǎn)品應(yīng)該有利上一頁下一頁返回于人類的建設(shè)和福利，有利于人類文明進(jìn)步，這是判定綠色技術(shù)的社會標(biāo)準(zhǔn)。所以，綠色技術(shù)創(chuàng)新體系中的最高級別是綠色產(chǎn)品，也就是說，綠色產(chǎn)品是綠色技術(shù)創(chuàng)新結(jié)果的最終載體，而綠色產(chǎn)品的獲得必須以綠色設(shè)計和綠色制造為基礎(chǔ)，這也是綠色技術(shù)的核心內(nèi)容。所以，嚴(yán)格說來，應(yīng)用綠色技術(shù)開發(fā)出來的汽車才算是名副其實的綠色汽車。

汽車的綠色設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計方法不同，它包括概念設(shè)計、生產(chǎn)工藝設(shè)計、使用乃至廢棄后的回收再利用及處理等內(nèi)容，即進(jìn)行汽車的全壽命周期設(shè)計。要從根本上防止污染，節(jié)約資源和能源，首先決定于設(shè)計，要在設(shè)計過程中考慮到產(chǎn)品及工

上一頁下一頁返回藝對環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)作用，并將其控制在最小范圍之內(nèi)以致最終消除，這就是綠色汽車設(shè)計的基本思想。

2）綠色汽車的制造

汽車的綠色制造主要是強調(diào)采用能減輕對環(huán)境產(chǎn)生有害影響的制造過程，包括減少有害廢棄物和排放物，降低能源消耗，提高材料利用率，增加操作安全性等。簡單地講，汽車的綠色制造在不犧牲質(zhì)量、成本、可靠性、功能或能量利用率的前提下，努力減少汽車制造過程對生態(tài)環(huán)境造成的影響。要實現(xiàn)汽車綠色制造目標(biāo)，上一頁下一頁返回必須使用綠色能源，采用綠色制造過程，最終生產(chǎn)出期望的綠色汽車。同時，在綠色制造的過程中，也必須考慮能源利用率、綠色材料、綠色制造工藝、綠色制造設(shè)備與工藝裝備、生產(chǎn)成本、環(huán)境影響因素等。

對于汽車綠色設(shè)計和綠色制造的研究，主要包括以下幾方面的工作：

（1）綠色汽車的描述與建模。

（2）確定綠色汽車的評價指標(biāo)體系與評價方法。

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（3）綠色汽車設(shè)計方法學(xué)的基礎(chǔ)研究。

（4）綠色汽車設(shè)計的材料選擇系統(tǒng)研究及綠色汽車的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

（5）綠色汽車制造系統(tǒng)模型及綠色制造工藝技術(shù)研究。

4.綠色汽車的評價

綠色汽車作為一種典型的綠色產(chǎn)品，必將成為今后汽車產(chǎn)品的主導(dǎo)方向。怎樣衡量一個產(chǎn)品的綠色程度，如何正確評價綠色汽車并給出恰當(dāng)?shù)脑u價標(biāo)準(zhǔn)和方法，對指導(dǎo)綠色汽車產(chǎn)品的正常發(fā)展具有十分重要的意義。綠色汽車的綠色程度體現(xiàn)在產(chǎn)上一頁下一頁返回品的生命周期全過程，而不是它的某一局部或某一階段。普通汽車產(chǎn)品與綠色汽車產(chǎn)品的生命周期含義截然不同，普通汽車產(chǎn)品生命周期是指汽車產(chǎn)品從“搖籃到墳?zāi)埂钡倪^程，產(chǎn)品廢棄后的一系列問題則很少考慮。這種生命周期是一個開環(huán)系統(tǒng)，其結(jié)果是廢棄后的產(chǎn)品難于回收再利用，只能作為低級的材料加以回收。而綠色汽車的生命周期是從“搖籃到再現(xiàn)”的過程，它是對普通產(chǎn)品生命周期的擴展，即綠色汽車的生命周期除設(shè)計、制造、使用，還包括廢棄(或淘汰)產(chǎn)品的回收、重用及處理階段，這種生命周期是一個閉環(huán)循上一頁下一頁返回環(huán)系統(tǒng)。綠色汽車生命周期包括下面幾個內(nèi)容。

（1）綠色汽車規(guī)劃及設(shè)計開發(fā)過程。

（2）綠色汽車制造與生產(chǎn)過程。

（3）綠色汽車使用過程。

（4）綠色汽車維護(hù)與服務(wù)過程。

5綠色汽車的發(fā)展前景

當(dāng)今世界汽車工業(yè)的特點是競爭激烈，國際化集約生產(chǎn)趨勢明顯，少數(shù)幾家公司正演變?yōu)閲H性大集團(tuán)。通用、福特、豐田全球三大汽車公司的汽車產(chǎn)量(轎車)約占世界汽車總量的37％左右，而全球十大汽車公司的轎車產(chǎn)量約占世界汽車總產(chǎn)量的75％。他們實力雄厚，技術(shù)先進(jìn)，代表了世界汽車工業(yè)發(fā)展方向。一個共同特點是在汽車環(huán)境保護(hù)方面，作了大量的研究工作，投入了大量人力、物力和財力進(jìn)行綠色汽車的開發(fā)研究。世界上實力雄厚的汽車集團(tuán)公司如美國的通用、福特、克賴斯勒，日本的豐田、本田、三菱，德國的大眾、奔馳，法國的雷諾、雪鐵龍，

上一頁下一頁返回韓國的現(xiàn)代、大宇，意大利的菲亞特和瑞典的沃爾沃等，這些大的汽車公司從汽車使用的能源和資源方面，開發(fā)電動汽車(EV)和代用燃料汽車(SFV)，改善汽車對環(huán)境的污染，提倡使用零污染汽車。在汽車材料和車身結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行全面優(yōu)化，改善汽車發(fā)動機燃燒狀況，廣泛應(yīng)用燃油電噴系統(tǒng)，極大地降低了汽車尾氣排放。雷諾公司在汽回收收方面也不落人后，在1999年，雷諾公司就建立了“綠色網(wǎng)絡(luò)”來回收它在歐洲的商業(yè)機構(gòu)產(chǎn)生的廢棄汽車。把汽車回收再利用、汽車材料可回收性、汽車安全性、降低成本、減輕質(zhì)量、限制排放同改善外觀一樣，都是主要優(yōu)先考慮的問題，該公司初步回收目標(biāo)達(dá)85％。菲亞特汽車公司、沃爾沃汽車公司都非常重視汽車回收再利用，并且做了大量工作。綠色汽車就其目前開發(fā)而言，大多在汽車所用能源上想了很多辦法，如開發(fā)天然氣汽車(CNGV)、液化石油氣汽車(LPGV)以及電動汽車(EV)等，并且在汽車發(fā)動機燃燒、汽車尾氣排放治理方面開展一些工作，帶來很好的經(jīng)濟效益和社會效益。

由于綠色汽車本身具有的優(yōu)越性，它有著潛在而巨大的汽車市場。綠色汽車的開發(fā)是汽車工業(yè)新的經(jīng)濟增長點，可使汽車工業(yè)真正得到可持續(xù)發(fā)展。綠色汽車將給人類帶來更加燦爛的文明，21世紀(jì)將是綠色汽車的世界。上一頁下一頁返回閱讀材料3-3

新能源汽車技術(shù)路線如圖3.6。表3-1為新能源汽車的基本特性。上一頁下一頁返回圖3.6新能源汽車仿真路線上一頁下一頁返回表3-1新能源汽車的基本特性

6.我國發(fā)展綠色汽車的應(yīng)對措施

大力發(fā)展綠色汽車，將是我國的必然選擇，而作為一種新生事物，綠色汽車的發(fā)展將是我國一項長期而艱巨的任務(wù)。中國被認(rèn)為是未來最后一塊最大的汽車市場，如果我國不能順應(yīng)環(huán)境保護(hù)與充分利用現(xiàn)有能源的新趨勢，那么我國的環(huán)境不僅會遭到破壞，而且汽車工業(yè)也將更加落后，因此我國更有必要加快發(fā)展自然的綠色汽車。

上一頁下一頁返回1）綠色汽車產(chǎn)業(yè)

與國外汽車產(chǎn)業(yè)相比，我國汽車產(chǎn)業(yè)在科研、生產(chǎn)規(guī)模、營銷體系方面落后許多，國家有必要在信息、人才、稅收、貸款等方面對綠色汽車的科研、生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行全方位的扶持，努力實現(xiàn)產(chǎn)品的低成本與高質(zhì)量，并且實施規(guī)模生產(chǎn)，達(dá)到規(guī)模效益，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。同時加強統(tǒng)籌工作，組建專業(yè)聯(lián)合體，由國家有關(guān)部門或委托相關(guān)企業(yè)牽頭，就某一個項目聯(lián)合攻關(guān)，集全國之力，走科研、實驗、生產(chǎn)和推廣一體化的開發(fā)之路。上一頁下一頁返回2）制訂綠色法規(guī)我國應(yīng)建立并且完善切實可行的綠色汽車質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系，加強對綠色汽車產(chǎn)品的認(rèn)證、注冊、年檢等管理，打擊假冒偽劣產(chǎn)品進(jìn)入市場，同時也要強化綠色汽車裝配，規(guī)范市場管理。綠色排放標(biāo)準(zhǔn)除對新車型論證外，汽車廠家還要在規(guī)定的行程對汽車的排放質(zhì)量負(fù)責(zé)，推動綠色汽車的發(fā)展。上一頁下一頁返回上一頁下一頁返回3.2代用燃料和能源新技術(shù)

從20世紀(jì)70年代出現(xiàn)石油危機以來，一些國家很重視汽車代用燃料的研究及應(yīng)用，而后石油價格下跌，但是降低汽車排放、保護(hù)環(huán)境的要求促使各國繼續(xù)代用燃料的研究。有助于降低汽車排放的代用燃料較多，如醇燃料、二甲基醚、氣體燃料、氫氣及生物燃料等。1.車用代用燃料的種類

所謂代用燃料，是指能夠取代或部分取代目前內(nèi)燃機傳統(tǒng)燃料(汽油、柴油、煤油)的燃料。能作為內(nèi)燃機實際使用的代用上一頁下一頁返回燃料要求發(fā)動機本身不應(yīng)作大的改動即能利用，應(yīng)有足夠的資源，加工、運輸、使用和保管比較方便且安全可靠，使用代用燃料的發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性、排放性、耐久性和可靠性不應(yīng)降低。

目前，代用燃料研究的內(nèi)容極為廣泛，但就燃料種類來說，可歸納為兩種，如圖3.7所示圖3.7

代用燃料的分類上一頁下一頁返回

氫氣是極好的燃料，但目前尚存在價格高，壽命短，起動時易回火，最大功率不足等問題。天然氣、液化石油氣在內(nèi)燃機上的應(yīng)用已取得了比較成熟的經(jīng)驗。但從總體來看，氣體燃料的能量密度低，需龐大的專用儲氣裝置，適宜于作固定動力燃料，用于車用發(fā)動機燃料，則需壓縮或液化。

醇類燃料因其辛烷值高，抗爆性好，可通過提高壓縮比來提高熱效率而在汽油機上得到了廣泛應(yīng)用。如巴西實施酒精計劃后，在1985年其酒精產(chǎn)量達(dá)到120億升，可替代國內(nèi)20％的汽油，2000年燃料乙醇總產(chǎn)量上一頁下一頁返回達(dá)到930萬噸，目前乙醇汽車已占巴西汽車總數(shù)的30％。但醇類燃料用于柴油機時，因其十六烷值低、汽化潛熱大造成著火困難等問題而使其應(yīng)用受到了限制。

相對汽油而言，植物油燃料的性質(zhì)更接近于柴油，因此目前的研究大多集中于柴油機。

2.汽車代用燃料技術(shù)

1）醇類燃料動力技術(shù)醇類用作內(nèi)燃機的燃料由來已久，世界上第一臺內(nèi)燃機即是以乙醇為燃料的。到了1909年，美國人HenryFord設(shè)計并制造了世界上第一輛燃用乙醇的汽車。20世紀(jì)二三十年代美國、巴西、德國、法國、新西蘭等國先后將乙醇與汽油混合燃料用于汽車。20世紀(jì)70年代兩次能源危機之后，醇類開始較大規(guī)模獲得應(yīng)用。目前，有40多個國家和地區(qū)開發(fā)應(yīng)用了醇類汽車，以美國和巴西應(yīng)用最多。1990年美國國會通過空氣清潔法(修正案)，開始實行含氧及新配方汽油計劃，要求在汽油中添加含氧量不大于2.7％(m/m)的含氧化合物。目前，美國約有17個州在使用新配方汽油，新配方汽油約占全美汽油上一頁下一頁返回消耗量35億噸的1／3，約8％的新配方汽油使用乙醇。在美國中西部地區(qū)，乙醇的加人量為10％，其它地區(qū)的乙醇加入量為5.7％[含氧量＜2.0％(m/m)]，或7.7％[含氧量＜2.7％(m/m)]。美國允許使用的含氧化合物有：MTBE、TAME、ETBE、乙醇和乙醚等。

巴西，石油資源貧乏，早在20年代就開始在汽車上應(yīng)用乙醇/汽油混合燃料，但在以后的幾十年由于世界石油供應(yīng)比較充分，發(fā)展代用燃料的原動力不足，乙醇/汽油混合燃料的應(yīng)用進(jìn)展緩慢。第一次能源危機爆發(fā)的第二年即1974年，巴西政府決心大力上一頁下一頁返回推廣乙醇汽油，1975年開始推行“車用乙醇汽油計劃”，全力發(fā)展以甘蔗為原料的乙醇生產(chǎn)，乙醇的生產(chǎn)能力迅速增加到年產(chǎn)135萬噸。第一批汽車使用的混合燃料含乙醇22％。第二次能源危機爆發(fā)的1979年，巴西政府進(jìn)一步加大了推行乙醇/汽油混合燃料的力度。采取了強有力的政策支持，支付巨額的財政補貼，規(guī)定1L酒精的價格不得超過1L汽油價格的69％。乙醇汽車在巴西獲得快速發(fā)展和普及應(yīng)用。早在1990年巴西的乙醇產(chǎn)量即達(dá)428萬噸。2000年燃料乙醇總產(chǎn)量約占其汽油消耗總量的1／3，并成為世界上上一頁下一頁返回上一頁下一頁返回唯一不使用純汽油作為汽車燃料的國家。近年來，巴西發(fā)現(xiàn)了石油油田，并進(jìn)行了開采，對乙醇汽車的支持力度有所減弱，但乙醇汽車依然是巴西最燦爛的亮點。

我國早在20世紀(jì)80年代就開始使用甲醇與汽油的混合燃料，并制定出臺了M15甲醇汽油標(biāo)準(zhǔn)。2001年又制定了《變性燃料乙醇》(GB18350—2001)和《車用乙醇汽油》(GB18351—2001)兩項國家標(biāo)準(zhǔn)，并已于當(dāng)年開始實施。（1）汽車用甲醇燃料甲醇又稱木精或木醇?？捎米魅剂虾腿軇部梢杂脕碇圃烊玖虾图兹┑?。甲醇可利用天然氣、煤、石腦油、重質(zhì)燃料以及木材、垃圾等來提煉。傳統(tǒng)方法主要是以天然氣為原料，反應(yīng)式如下：

有些國家如俄羅斯和加拿大等國盛產(chǎn)天然氣，為運輸方便，大量出口用天然氣生產(chǎn)的甲醇。從大系統(tǒng)看，因天然氣本身就是一種優(yōu)良的燃料，加工成甲醇之后使用未必合上一頁下一頁返回算。長遠(yuǎn)考慮，以儲量豐富、價格低廉的煤為原料制取甲醇，尚有較好的前景。我國、美國、加拿大、澳大利亞、俄羅斯、哥倫比亞和印度等煤炭大國，將成為主要的甲醇生產(chǎn)國。

用煤制取甲醇的工藝是先將煤制成煤氣，其主要成份H2、CO及CO2分別占50％、28％和12％，在一定條件下H2與CO可以合成為甲醇：上一頁下一頁返回閱讀材料3-4

甲醇在汽車上的應(yīng)用方式現(xiàn)以不同的分類方法來考察甲醇在汽車上的應(yīng)用。1）按甲醇的理化形態(tài)（1）液態(tài)甲醇

指甲醇在汽車上以液態(tài)儲帶、液態(tài)燃料供給。（2）氣態(tài)甲醇

指甲醇在汽車上以液態(tài)儲帶、利用發(fā)動機余熱變成氣態(tài)后再供入氣缸；（3）甲醇改質(zhì)

指甲醇在汽車上以液態(tài)上一頁下一頁返回儲帶、利用發(fā)動機余熱改質(zhì)成H2與CO，再供入氣缸。2）按應(yīng)用的對象（1）應(yīng)用于點燃式發(fā)動機（2）應(yīng)用于壓燃式發(fā)動機3）按同時使用的燃料（1）純燒

指只燒甲醇（2）摻燒

指甲醇與汽油摻燒在混合燃料中甲醇的容積比例以M表示，如甲醇占10%、20%，即以M10、M20表示。純燒甲醇是摻燒的特例，以M100表示。上一頁下一頁返回?fù)綗醇状嫉谋壤叩陀钟懈?、中、低之分；低比例甲醇汽油，一般指甲醇摻燒比例小于?～10）%的甲醇汽油M5、M8；中比例甲醇汽油，一般指甲醇摻燒比例約為（10～20）%的甲醇汽油，如M15、M20高比例甲醇汽油，一般指甲醇摻燒比例大于20%的甲醇汽油，如M85、M90等4）按燃料應(yīng)用的靈活性（1）固定燃料

指純甲醇或甲醇與汽油以固定比例混合的燃料上一頁下一頁返回（2）靈活燃料

靈活燃料指既可使用汽油，又可使用甲醇或甲醇與汽油以任何比例混合的燃料。工作時由燃料傳感器識別燃料成分，通過計算機提供發(fā)動機最佳運行參數(shù)。目前，甲醇應(yīng)用最多的方式是以液態(tài)、摻燒(與汽油以一定比例混合)形式應(yīng)用于點燃式發(fā)動機。甲醇的物化特性與汽油和柴油相比，其主要特點如表3-2所示上一頁下一頁返回表3-2甲醇與柴油、汽油的物化特性上一頁下一頁返回c分子量液態(tài)密度kg/m3辛烷值（道路法）十六辛烷值理論空燃比（質(zhì)量比）自然溫度 ℃氣化潛熱kJ/kg低熱值MJ/kg閃點℃甲醇32796106~10836.4470111019.6811柴油180~120830304514.6200~22030042.875汽油95～120700～80090～960~1014.7220~260284~35044-45

①汽化潛熱大

近似是汽油的3.1倍、柴油的3.7倍。在形成混合氣時，甲醇會降低進(jìn)氣溫度，提高充氣系數(shù)，降低壓縮負(fù)功，一定程度上可以改善發(fā)動機的燃燒，提高熱效率；且降低進(jìn)氣溫度可以同時降低NOx和碳煙排放。這正是石油產(chǎn)品發(fā)動機尾氣排放的致命弱點。但高汽化潛熱產(chǎn)生的冷卻效應(yīng)對發(fā)動機低速、低負(fù)荷時的工作過程會產(chǎn)生不利的影響。

②熱值低

甲醇的低熱值為19.68MJ/kg，汽油的低熱值為44MJ/kg。由于甲醇燃料的分子式中含有氧元素，所以1kg甲醇完全上一頁下一頁返回燃燒所需要的空氣量要比燃燒汽油或柴油少許多。經(jīng)估算，按理論混合比燃燒，1kg空氣完全被利用的話，甲醇燃料可以放出3919kJ熱量，而汽油僅為3822kJ熱量。由此可以知道，使用甲醇燃料的汽車行駛同樣的距離，油箱容積需要增大一倍左右，但甲醇燃料發(fā)動機的升功率不比汽油機或柴油機低。

③辛烷值高

甲醇的研究法辛烷值為106-108，而目前國內(nèi)汽油最高為96左右。所以甲醇燃料比汽油有更好的抗爆性，壓縮比可達(dá)13。十六烷值很低，不具有壓燃性能，這樣就決定了甲醇發(fā)動機可以使用高上一頁下一頁返回壓縮比和必須采用點火燃燒方式。

④親水性強

甲醇中的OH為具有極性的羥基，它兼有親油和親水性。因此，甲醇燃料在儲存和運輸過程中要考慮密閉問題以防止吸入空氣中的水汽。如果借助于表面活性劑如正丁醇、異丁醇等的增溶作用，可使甲醇與汽油或柴油相溶，作為混合燃料用于內(nèi)燃機。

⑤潤滑性差和有腐蝕性

甲醇與柴油相比，因粘度小，自潤滑性能很差并對潤滑油有稀釋作用，如要像柴油機那樣，采用高壓噴射方式的話，就必須要考慮高壓泵柱塞副上一頁下一頁返回的磨損問題。另外，甲醇對密封件及某些金屬有腐蝕性，所以凡是直接與甲醇接觸的密封件和金屬需采取必要的抗腐蝕措施。

根據(jù)大量的實際試驗研究結(jié)果，對醇燃料發(fā)動機與汽油機、柴油機的性能和排放分析比較結(jié)果如表3-3所示

上一頁下一頁返回表3-3

醇燃料發(fā)動機的性能評價上一頁下一頁返回評價參數(shù)燃料種類甲醇乙醇混合汽油汽油輕柴油發(fā)動機性能比功率(kW/kg)0.7350.7350.7350.7350.147～0.368熱效率(%)40～5030～3525～3035耗油率(L/kWh)0.540.540.34～0.400.27排氣成分NOX微稍多SOX無微少CO少微HC微少碳煙無微多甲醛、醇多微少環(huán)境影響變質(zhì)性微少稍多光化學(xué)煙霧微少稍多環(huán)境毒性少稍多閱讀材料3-5純甲醇發(fā)動機的開發(fā)實例

M2566LUH型增壓中冷甲醇發(fā)動機是MAN公司研究開發(fā)的。該發(fā)動機與非增壓的M2566LUH型發(fā)動機屬同一系列，基本零件可通用，混合氣形成方法和燃燒方式均與非增壓相同。單孔噴嘴的噴孔直徑為1.1mm，采用博世P7-100型噴油泵，校塞直徑為13mm。上一頁下一頁返回圖3.8展示了該發(fā)動機燃燒室部分的基本結(jié)構(gòu)。圖3.9是該發(fā)動機的點火系統(tǒng)。上一頁下一頁返回圖3.8M2566LUH型甲醇發(fā)動機圖3.9M2566LUH型發(fā)動機點火系統(tǒng)起動時，使用電動燃料泵供給燃料。運轉(zhuǎn)時，由直接裝在噴油泵上的機械式輸送泵供給燃料，火花塞由高壓電容放電點火裝置系統(tǒng)供給能量，點火裝置由電子控制，各火花塞都分別帶有專用的高壓點火線圈。與原機相比，該發(fā)動機在低速區(qū)運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩更大，完全無黑煙。若把燃料消耗率折算成柴油的話，在低速區(qū)的燃料消耗率比柴油差一些，中、高速區(qū)與柴油機基本相同，性能特性如圖3.10所示?；沮厔菖c非增壓相同，但轉(zhuǎn)矩曲線在使用甲醇的情況上一頁下一頁返回下改善更為明顯。

圖3.10原型機與M2566LUH型甲醇發(fā)動機的性能比較上一頁下一頁返回要解決甲醇發(fā)動機的壓燃問題，可以將一部分甲醇通過催化作用而改質(zhì)成二甲基醚(DME)。由于DME的自燃溫度為350℃，所以可以像一般的柴油那樣壓燃。DME的生成反應(yīng)方程如下：上述改質(zhì)反應(yīng)可利用排氣廢熱，在催化反應(yīng)器中完成，生成的DME可以從進(jìn)氣管與新鮮空氣混合后供入氣缸，也可以通過一個設(shè)置在氣缸蓋中的閥供入副室。DME被壓燃以后即可以起點火的作用將噴入氣缸的主燃料甲醇引燃。上一頁下一頁返回（2）汽車用乙醇燃料乙醇(CH3CH2OH)，又稱酒精，有的地區(qū)叫火酒，是制造合成橡膠、塑料、染料、涂料、化妝品、洗滌劑等的原料，也是化學(xué)工業(yè)上的常用溶劑，并有殺菌作用，用作消毒清潔劑、防腐劑。乙醇可由乙烯和水化合而成，也可用含糖作物（如甘蔗、甜菜等）、含淀粉作物（如木薯、土豆和玉米等）以及作物含纖維下腳料（如草木秸稈）等為原料。這些原料的優(yōu)點是屬于可再生能源，問題是煉制1噸乙醇需要消耗4噸甘蔗或4噸糧食。用上一頁下一頁返回含纖維素原料來制取乙醇，則投資大、成本高、收效少，很少采用。閱讀材料3-6乙醇在汽車上的應(yīng)用方式乙醇在汽車上的應(yīng)用方式主要有以下幾種：（1）純燒

指單燒乙醇；（2）摻燒

指乙醇與汽油摻燒在混合燃料中乙醇的容積比例以E表示，如乙醇占10%、20%，表示為E10、E20。純燒是摻燒的特例，以E100表示。上一頁下一頁返回（3）變性燃料乙醇

指乙醇脫水后再添加變性劑而生成的以乙醇為主（＞92.1%（V/V））的燃料。（4）靈活燃料

靈活燃料指既可使用汽油，又可使用乙醇或乙醇與汽油以任何比例混合的燃料。工作時由燃料傳感器識別燃料成分，通過計算機提供發(fā)動機最佳運行參數(shù)。靈活燃料汽車的商業(yè)前景很好，已在福特汽車廠生產(chǎn)在線大批成產(chǎn)，但由于近年來，汽油車的性能不斷改進(jìn)，影響了汽車的發(fā)展，甲醇汽油靈活燃料汽車1998年暫時上一頁下一頁返回停產(chǎn)，而乙醇汽油靈活燃料汽車仍在繼續(xù)生產(chǎn)。為了體現(xiàn)政策，在美國政府部門應(yīng)用靈活燃料汽車較多。乙醇在汽車上的各種應(yīng)用方式中，應(yīng)用最多的方式是：以液態(tài)、摻燒（與汽油以一定比例混合）形式應(yīng)用于點燃式發(fā)動機。乙醇的優(yōu)點和缺點與甲醇相似，只是程度不同而已。目前我國推廣應(yīng)用的變性燃料乙醇是將乙醇脫水后再加上適量汽油形成的，標(biāo)準(zhǔn)要求燃料乙醇與變性劑的體積混合比為100:2～100:5，并且含水量不得大于0.8％。車用乙醇汽油則是將變性燃料上一頁下一頁返回乙醇以一定比例與汽油混配形成的，標(biāo)準(zhǔn)要求允許加入10％(V/V)+0.5％(V/V)的變性燃料乙醇，并且水分含量不得大于0.15％，其余則要求與車用無鉛汽油的指標(biāo)一致。

乙醇燃料汽車的性能也與甲醇燃料汽車相近。由于熱值低，要發(fā)出同樣的功率，必須加大供油量。醇類燃料汽車的低溫起動性和運行性能較差，但通過提高壓縮比，可以利用醇類燃料火焰?zhèn)鞑ズ腿紵俣瓤斓膬?yōu)勢來彌補其滯燃期較長的缺點．使發(fā)動機輸出功率增加，能耗率降低。上一頁下一頁返回2）汽車天然氣(NGV)燃料技術(shù)天然氣作為汽車燃料于20世紀(jì)30年代初由意大利人率先利用，到1939年意大利就有1萬輛汽車燃用天然氣。前蘇聯(lián)早在1938年就研制出兩種壓縮天然氣汽車。戰(zhàn)后從1947～1948年開始批量生產(chǎn)吉斯-156和嘎斯-51B型壓縮煤氣瓶汽車。但50～60年代發(fā)展都較緩慢。直到1973年第一次石油危機之后，人們才逐漸確認(rèn)了汽車燃用天然氣既經(jīng)濟又清潔且安全等優(yōu)點。

我國NGV從20世紀(jì)50年代開始出現(xiàn)，主要采用低壓氣囊式。隨著國民經(jīng)濟的迅速上一頁下一頁返回發(fā)展，交通運輸及農(nóng)業(yè)機械化對礦物燃料需求急劇增加，燃油緊缺程度加大，從1986年以后，我國NGV出現(xiàn)了發(fā)展的好勢頭。

天然氣可以用壓縮天然氣(CNG)和液化天然氣(LNG)的方式在內(nèi)燃機中加以利用。由于天然氣的沸點很低(-162℃)，液化困難，所以目前大多以CNG的方式利用。在CNG利用方面，目前以在用車改裝為主，而改裝的車輛又以汽油車居多。在天然氣—柴油雙燃料發(fā)動機汽車及其電控技術(shù)等方面也取得了新的進(jìn)展，并且已開發(fā)出了CNG專用發(fā)動機。圖3.11為常見天然氣汽車尾部。上一頁下一頁返回

圖3.11

天然氣汽車尾部(1)天然氣與汽油的性能差異

天然氣的主要成分是甲烷CH4，隨產(chǎn)地不同，甲烷的含量為83%～99%，由于組成的變化，理論混合比、發(fā)熱量也將發(fā)生差異。上一頁下一頁返回由于燃料的容積流量增加，使吸入發(fā)動機的新鮮空氣量減少，發(fā)動機的輸出功率會下降，約為氣體燃料的90%。天然氣的辛烷值為130，十六烷值為0，所以只能點燃不能壓燃。

上一頁下一頁返回與汽油相比，天然氣的特性有很大差別，具體特性值見表3-4

表3-4

天然氣與汽油的理化特性對比

上一頁下一頁返回特性值天然氣汽油密度氣態(tài)(kg/m3)液態(tài)(kg/L)0.7180.4255.0930.74低熱值重量(kJ/kg)與汽油相比49742011.244308液態(tài)(kJ/L)與汽油相比211500.6532604理論空燃比重量氣態(tài)體積17.29.5514.759混合氣的理論熱值(kJ/m3)與汽油相比33860.93762沸點(0℃，1大氣壓，℃)-162100汽化潛熱(kJ/kg)510284汽化潛熱(kJ/發(fā)熱量10-3)4327自燃溫度(大氣中，℃)650500點火界限燃料體積比(%)5.3～151.2～6點火界限當(dāng)量比(φ)0.65～1.60.7～3.5（2）汽車用壓縮天然氣的技術(shù)要求

不可隨意將民用天然氣用作汽車用燃料，汽車用天然氣應(yīng)當(dāng)比民用燃料有更優(yōu)良的品質(zhì)。中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T7546-1996《汽車用壓縮天然氣》，對汽車用壓縮天然氣做出了規(guī)定，如表3-5所示。按照規(guī)定，車用天然氣的高位發(fā)熱量不得小于31.4MJ/m3，硫化氫(H2S)含量不得大于20mg/m3，總硫(以硫計)含量不得大于270mg/m3，二氧化碳(CO2)含量(V/V)不得大于3%，水露點應(yīng)低于最高操作壓力下最低環(huán)境溫度。上一頁下一頁返回表3-5

汽車用壓縮天然氣技術(shù)要求

上一頁下一頁返回標(biāo)準(zhǔn)SY/T7546-1996《汽車用壓縮天然氣》對于規(guī)范汽車用天然氣市場、促進(jìn)天然氣汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展所起的作用是毋庸置疑的。項目質(zhì)量指標(biāo)試驗方法高位發(fā)熱量(MJ/m3)≥31.4GB/T11062硫化氫(H2S)含量(mg/m3)≤20GB/T11060.1GB/T11060.2總硫(以硫計)含量(mg/m3)≤270GB/T11061二氧化碳(CO2)含量(V/V)(℃)≤3.0SY/T7506水露點低于最高操作壓力下最低環(huán)境溫度SY/T7507(計算確定)

按壓力、形態(tài)和儲存狀態(tài)，天然氣主要有常壓氣態(tài)、高壓氣態(tài)、液態(tài)和吸附等4種。

①壓縮天然氣(CompressedNaturalGas，簡稱CNG)是泛指壓力高于大氣壓的氣態(tài)天然氣。在汽車上通常將天然氣儲存在汽車攜帶的高壓儲氣瓶里，壓力約為20MPa。高壓氣態(tài)是目前天然氣儲帶的主要方式。

②常壓天然氣(NormalNaturalGas，簡稱NNG)是指不施以壓縮和降溫的常壓氣態(tài)天然氣。這是最簡單的儲帶方式，因攜帶量少和不安全，一般不采用。上一頁下一頁返回③液化天然氣(LiquefiedNaturalGas，簡稱LNG)是指液體狀態(tài)的天然氣，它在低于-162℃的超低溫下以液態(tài)儲存于絕熱性能良好的容器中。是目前迅速發(fā)展的一種儲帶方式。④吸附天然氣(AdsorbedNaturalGas,簡稱ANG)是指處于被吸附狀態(tài)的天然氣。天然氣以在不太高的壓力(3.5～6MPa)下以被吸附狀態(tài)儲存在天然氣吸附劑中。這是一種日益受到重視的天然氣儲帶方式。上一頁下一頁返回閱讀材料3-7

CNG-汽油兩用燃料汽車的工作原理

所謂CNG-汽油兩用燃料汽車，就是將原來的燃料系統(tǒng)保留不變，改裝后的汽車既可使用原來的汽油工作，也可以用天然氣工作，但不同時使用。CNG-汽油兩用燃料汽車是在保留原車供油系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加一套“車用壓縮天然氣裝置”，油氣兩種燃料轉(zhuǎn)換非常方便?！败囉脡嚎s天然氣裝置”由以下3個系統(tǒng)組成。①天然氣儲氣系統(tǒng)：主要由充氣閥、高壓上一頁下一頁返回截止閥、天然氣儲氣瓶、高壓管線、高壓接頭、壓力傳感器及氣量顯示器等組成。②天然氣供給系統(tǒng)：主要由天然氣濾清器、減壓調(diào)節(jié)器、動力調(diào)節(jié)閥、混合器等組成。③油氣燃料轉(zhuǎn)換系統(tǒng)：主要由油氣燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)、天然氣電磁閥、汽油電磁閥等組成。目前，我國在用的CNG汽車，有機械控制式和機電控制式兩大類。機電控制式車用壓縮天然氣裝置工作原理方塊圖如圖3.12所示，裝車示例如圖3.13所示上一頁下一頁返回上一頁下一頁返回圖3.13

天然氣-汽油兩用燃料汽車裝車布置圖3.12CNG-汽油兩用燃料汽車工作原理充氣站將壓縮天然氣，通過充氣閥充入儲氣瓶至20MPa。當(dāng)使用天然氣作燃料時，手動截止閥打開，安裝在駕駛室內(nèi)的油氣燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)扳到“氣”的位置，此時天然氣電磁閥打開，汽油電磁閥關(guān)閉，儲氣瓶內(nèi)的20MPa高壓天然氣通過高壓管路進(jìn)入減壓調(diào)節(jié)器減壓，再通過低壓管路、動力閥進(jìn)入混合器，并與經(jīng)空氣濾清器進(jìn)入的空氣混合，經(jīng)化油器通道進(jìn)入發(fā)動機氣缸燃燒。減壓調(diào)節(jié)器與混合器相匹配，根據(jù)發(fā)動機的各種不同工況產(chǎn)生不同的真空度，自動調(diào)節(jié)減壓調(diào)節(jié)器的供氣量，并使天然氣與空氣均勻混合，滿足發(fā)動機不同工況的使用要求。當(dāng)使用汽油作燃料時，將油氣燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)扳到“油”的位置，此時天然氣電磁閥關(guān)閉，汽油電磁閥打開，汽油通過汽油電磁閥進(jìn)入化油器，并吸入氣缸燃燒。有的CNG汽車用晶體管電動油泵代替汽油電磁閥，其性能基本相同。

上一頁下一頁返回（3）天然氣汽車的技術(shù)內(nèi)容天然氣汽車與汽、柴油汽車相比具有更多、更新的技術(shù)內(nèi)容，這其中包括下列幾個主要方面：①加氣站技術(shù)氣體燃料在汽車上的充加需要比液體燃料復(fù)雜得多的加氣設(shè)備，例如CNG加氣站，它不僅要把天然氣壓縮到20MPa以上，而且還要把供氣速度、容量配置、充放氣順序、起停控制、計量與環(huán)境補償、安全設(shè)施等方面做出完善的設(shè)計。此外，還需要脫硫脫水裝置。②發(fā)動機技術(shù)氣體燃料的性質(zhì)決定了它不同于汽油、柴油，因而氣體燃料發(fā)動機也不同于汽油機、柴油機，它應(yīng)該有其獨特之處，因此在氣體燃料的混合、燃燒方式、發(fā)動機燃燒室結(jié)構(gòu)、點火系統(tǒng)等諸多方面都需要研究與開發(fā)。③氣瓶技術(shù)由于汽車是移動運行的，因此氣體燃料氣瓶的質(zhì)量是一個重要的技術(shù)問題此外，氣瓶在各種苛刻條件下的安全性問題更是氣體燃料汽車技術(shù)研究中不可忽視的問題。④混合控制技術(shù)汽車的速度和負(fù)荷總是變化的，而且氣體燃料相對于液體燃料來說較難控制，因此按汽車運行工況要求提供合適的混合氣給發(fā)動機是混合與控制系統(tǒng)的根本任務(wù)。上一頁下一頁返回3）氫燃料汽車技術(shù)氫氣是一種熱值高、污染低的清潔燃料，作為內(nèi)燃機代用燃料國內(nèi)外進(jìn)行過大量研究。日本曾研制成功以氫作燃料的小轎車，時速達(dá)160km（最高可達(dá)200km），車上安裝了一臺1.2L的以氫氣作燃料的旋轉(zhuǎn)發(fā)動機。前蘇聯(lián)首先試驗在汽油中加入5%的氫作為汽車混合燃料，可節(jié)約汽油25%～30%，熱效率提高19%。氫燃料發(fā)動機能否實用化的關(guān)鍵是解決如何廉價地獲得氫和攜帶儲運兩個問題。圖3.14為寶馬公司推出的氫燃料汽車。上一頁下一頁返回圖3.14

寶馬公司的氫燃料汽車上一頁下一頁返回（1）氫氣的主要性質(zhì)在常溫、常壓下，氫是無色、無味、無毒的氣體，其主要性質(zhì)見表3-6上一頁下一頁返回表3-6

氫的主要性質(zhì)項目單位內(nèi)容或數(shù)據(jù)分子量2.02沸點℃-252.8蒸發(fā)潛熱J/g447高熱值kJ/g142低熱值kJ/g120在空氣混合氣中的爆炸極限%(V/V)4-75自燃溫度℃400閃點℃最大燃燒速度cm/s291.2理論混合比下的點火能量MJ0.02最小點火能量MJ0.018理論混合比下的淬熄距離cm0.06最小淬熄距離cm0.06空氣中的火焰溫度℃2045從火焰輻射的熱能%17～25氫與其它已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用和具有應(yīng)用潛力的燃料相比，特點很突出：①最輕氫氣的分子量等于2.02，是最輕的元素，其密度僅為空氣的1/14.5。②沸點最低。氫的沸點為-252.8℃，屬超低溫。③理論混合比最大。氫的理論混合比為34.48。④質(zhì)量低熱值最大。氫的質(zhì)量低熱值為119.9MJ/kg。由于氫的低熱值遙遙領(lǐng)先，盡管它的理論混合比大，其以質(zhì)量計的理論混合氣仍保持為最大，等于3.38MJ/kg，。⑤以容積計的理論混合氣熱值最小。雖然氫的質(zhì)量低熱值和以質(zhì)量計的理論混合氣的熱值最大，但因其密度太小，故以容積計的理論混合氣熱值反而最小，其值為3.17MJ/m3。⑥分子變更系數(shù)最小。氫是上列燃料中可燃?xì)馊紵蟮姆肿訑?shù)比燃燒前少的唯一品種，故分子變更系數(shù)最小，等于0.8521。上一頁下一頁返回⑦含碳量少。氫氣不含碳。⑧自燃點高。氫的自燃點為400℃，比汽油、柴油和二甲醚的高。氫氣不含碳、只含氫，決定了氫有非常優(yōu)秀的排放性能；氣態(tài)決定了氫易于保證良好的混合氣形成質(zhì)量。自燃點高，使得氫氣發(fā)動機有較高的許用壓縮比，這意味著氫氣發(fā)動機可以有較高的熱效率。應(yīng)當(dāng)說，氫的優(yōu)點和缺點都十分明顯，氫的突出優(yōu)點使人們一直堅持不懈地對氫氣發(fā)動機進(jìn)行研究，另一方面氫的突出缺點也實實在在地制約了它實際應(yīng)用的進(jìn)度?？梢钥隙ǎ瑲錃鈶?yīng)用關(guān)鍵技術(shù)獲得突破之日，就是氫氣發(fā)動機大發(fā)展春天到來之時。上一頁下一頁返回閱讀材料3-8氫燃料汽車的類型

氫氣發(fā)動機屬點燃式發(fā)動機，可以由汽油機改制，也可以由柴油機改制。由汽油機改制要考慮噴氫器的安裝，由柴油機改制則要考慮加裝點火系統(tǒng)等問題。1）按儲帶的壓力和形態(tài)有壓縮氫汽車、液化氫汽車和吸附氫汽車等三種。（1）壓縮氫汽車是指以高壓氣態(tài)儲帶氫氣的氫燃料汽車。氫氣以20～25MPa的壓力儲存于高壓容器中。工作時經(jīng)降壓、計量和混合后進(jìn)入氣缸，也可以直接噴入氣缸。（2）液化氫汽車是指以液態(tài)儲帶氫的氫燃料汽車。工作時液態(tài)氫經(jīng)升溫、降壓和計量，然后直接噴入氣缸，或在機外混合后進(jìn)入氣缸。一般是直接噴入氣缸。液化氫汽車的技術(shù)難度很大，需要深冷技術(shù)制備氫，需要絕熱性能良好的液氫容器和對材料性能要求很高的液態(tài)氫泵等。美國、德國和日本等國對液化氫汽車進(jìn)行了較多的研究。（3）吸附氫汽車是指以金屬氫化物儲帶氫的氫燃料汽車。工作時，儲存于金屬氫化物中的氫釋放出來直接噴入氣缸，或在機外與空氣混合后進(jìn)入氣缸。2）按混合氣形成方式有預(yù)混和缸內(nèi)直噴兩類。預(yù)混是指氫氣與空氣在混合器中混合，然后經(jīng)進(jìn)氣道進(jìn)入氣缸。這種汽車的動力性低、易產(chǎn)生回火，綜合性能較差。缸內(nèi)直噴是指在壓縮行程、進(jìn)氣門關(guān)閉以后，氫氣通過噴氫器被直接噴入氣缸，在氣缸內(nèi)完成與空氣的混合。上一頁下一頁返回（2）氫在發(fā)動機中的供給方式作為發(fā)動機的燃料，氫可以采用圖3.15中的3種方式進(jìn)入燃燒室。以燃用汽油為比較基準(zhǔn)（輸出功率設(shè)為100%），隨供給方式不同，發(fā)動機的輸出功率也不同。盡管氫的單位質(zhì)量低熱值為汽油的2.7倍左右，但完全燃燒的化學(xué)計量比約為汽油的2.3倍。氫與空氣按化學(xué)計量比混合的理論混合氣熱值為汽油理論混合氣的0.86倍，因此采用圖3.15b)中將氣體氫由進(jìn)氣管吸入的方式，輸出功率只有汽油的86%。采用圖3.15c)的方式，將液態(tài)氫由進(jìn)氣管吸入，其輸出功率為汽油的114%。而采用圖3.15d)的缸內(nèi)直接噴射方法，輸出功率為汽油的120%。上一頁下一頁返回上一頁下一頁返回圖3.15氫的不同供給方式與輸出功率a)汽油機；b)常溫氫氣進(jìn)氣管吸入；c)液態(tài)氫進(jìn)氣管吸入；d)高壓氫缸內(nèi)直噴4）汽車生物質(zhì)燃料技術(shù)所謂生物質(zhì)燃料(BiomassFuel)是指由植物中獲取的燃料。植物在生長過程中吸收CO2，而在長成后可以不同方式改變?nèi)祟惿钪械哪茉?。植物的生長期遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于石油的生長期，植物又是可以人工種植的，因此利用植物替代石油燃料，對節(jié)約石油能源，減少全球的CO2排放量是有深遠(yuǎn)意義的。有些植物的籽粒含油十分豐富，如菜籽油、棉籽油、棕櫚油、大豆油、花生油以及向日葵油等。研究表明，這些植物油十六烷值較高，只要用合適的方法將其粘度調(diào)整到柴油水平，可以在發(fā)動機不作改進(jìn)的情況下直接使用。使用過的食品油回收處理后，也可以作為柴油機燃料，這同時也減輕了廢食品油對江湖水源的污染。但這類植物油使用時必須經(jīng)過精制或改性處理，否則會引起品油氣針閥偶件卡死和燃燒室嚴(yán)重積炭等問題。世界上還有一些樹，能產(chǎn)生液體碳?xì)浠衔铮环Q為石油植物。1979年，美國化學(xué)家、諾貝爾獎獲得者梅爾文·卡爾文，在訪問巴西期間，發(fā)現(xiàn)一種古巴香蕉樹能產(chǎn)生“柴油”。當(dāng)?shù)鼐用裨谒?m粗的樹干上鉆一個直徑5cm的孔，然后用塞子堵上，每過去6個月左右，拔去塞子就可以收集到15～20L碳?xì)浠衔铩：髞?，人們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些石油植物，如隨續(xù)子、綠玉樹以及產(chǎn)于波多黎各的三角大戟等。上一頁下一頁返回植物油作柴油機燃料的研究，可以追溯到RudolphDiesel發(fā)明壓燃式內(nèi)燃機時期。當(dāng)時他就考慮了多種燃料，幾乎能噴入氣缸并在壓縮高溫空氣中著火的油類，他都試驗過，只是后來由于大量性優(yōu)價廉的石油的開采，才停止了研究。但到了20世紀(jì)70年代，由于石油危機，這項研究又掀起高潮。由于技術(shù)、經(jīng)濟等原因，目前植物油尚未實際應(yīng)用在汽車上，但在一些農(nóng)用動力上已得到了應(yīng)用。下面僅就目前的研究情況作一簡單的介紹。（1）植物油的燃料性質(zhì)特點大多數(shù)植物油的主要成分是脂肪酸，各種脂肪酸以甘油三酸酯的形式存在，構(gòu)成植物油的主要化學(xué)元素是C、H、O。表3-7列出了幾種植物油的燃料性質(zhì)。與柴油相比，它們具有如下的共同特點：上一頁下一頁返回表3-7

幾種植物油的燃料性質(zhì)上一頁下一頁返回品種運動粘度cSt閃點℃凝點℃十六烷值酸度MgKOH/g菜籽油30.9(50℃)246(閉口)-1432.22.235棉籽油24.4(50℃)234(閉口)-1341.815.04茶油19.4(50℃)210(閉口)-2414.75花生油39.6(38℃)271(閉口)-6.741.8大豆油32.6(38℃)254(閉口)-12.237.9①粘度高植物油的運動粘度都很高，特別是在低溫時流動性很差。但植物油的粘度隨溫度的升高而降低，在低溫區(qū)降低得特別快，到90℃時一般可降到接近柴油20℃的粘度。這在很大程度上影響了植物油在柴油機上的應(yīng)用。解決的辦法有3個：將少量植物油與柴油混燒；對植物油進(jìn)行精煉；對植物油進(jìn)行化學(xué)改性。②蒸發(fā)性差植物油的初餾點一般在300℃以上，閃點在200℃以上，因高溫發(fā)生分解而沒有終餾點。這意味著植物油燃料混合氣的形成較柴油困難，解決辦法同上。③氧化安定性差由于植物油含有較多的不飽和酸，因此其酸值較高，容易發(fā)生氧化變質(zhì)。這對儲存運輸和發(fā)動機長期使用將帶來不利影響。④十六烷值較高不少植物油的十六烷值都與柴油接近，表明植物油在柴油機上具有較好的著火性能。這是植物油作柴油機燃料的一大優(yōu)點。⑤腐蝕性低植物油燃料不存在石油燃料所共有的硫腐蝕，盡管植物油本身表現(xiàn)出較嚴(yán)重的有機酸腐蝕，但由于植物油不含水，所以可在一定程度上減輕這種腐蝕。上一頁下一頁返回（2）植物油的改性處理植物油的主要化學(xué)成分是甘油三酸酯。其分子量大，結(jié)構(gòu)中有支鏈，因此影響了它的燃料性質(zhì)。用一元醇在催化劑作用下，將丙三醇鏈結(jié)打斷，使其變成另一種酯。這就是植物油的酯化，亦稱醇解或酯基轉(zhuǎn)移。酯化通常用甲醇或乙醇。其一般反應(yīng)式為：上一頁下一頁返回圖3.16植物油的改性處理反應(yīng)式可見，一分子甘油酯經(jīng)酯化，變成三分子甲酸，從而分子量大為降低，結(jié)構(gòu)中也不再有支鏈。這樣就可改善其燃料性質(zhì)。酯化反應(yīng)是可逆的。影響酯化處理的主要因素是醇的用量、催化劑種類及其用量、溫度。為了獲得高的產(chǎn)酯率，亦即正反應(yīng)盡可能進(jìn)行完全，醇的用量必須超過化學(xué)計算量。催化劑種類較多，常用的主要有NaOH、KOH和CH3ONa。溫度可影響產(chǎn)酯速度和產(chǎn)酯率。上一頁下一頁返回3.3綠色汽車技術(shù)1．燃料電池汽車(FCV)技術(shù)閱讀材料3-9燃料電池汽車可能主導(dǎo)未來

美國《時代周刊》將燃料電池列為21世紀(jì)10大高科技之首。布什總統(tǒng)早在2002年宣布出臺“FreedomCAR”計劃，確定將使用燃料電池成為社會的主要能源，首先在汽車產(chǎn)品上使用。在美國，已有一些大型集裝箱牽引車上加裝輔助動力的燃料電池，用以在停車休息時，關(guān)掉大馬力的柴油發(fā)動機，開動燃料電池，幫助駕駛?cè)藛T使用空調(diào)、熱飯、看影視娛樂等活動。上一頁下一頁返回在日本，政府宣布要采取最大的措施，支持燃料電池的發(fā)展。在2010年前要把燃料電池汽車的價格降低到目前普通汽車發(fā)動機相等的水平；日本要在2020年，使燃料電池汽車的社會保有量達(dá)500萬輛以上。豐田汽車公司從1996年以來已累計生產(chǎn)約30萬輛混合動力電動汽車。本田汽車公司、三菱汽車公司也是燃料電池走在前頭的汽車企業(yè)。在歐洲，歐盟正在推行歐洲清潔城市運輸系統(tǒng)和生物城市運輸系統(tǒng)，這是兩大規(guī)模的燃料電池巴士示范性合作試驗計劃。參加這個項目的有9個國家,以柏林、哥本哈根、阿姆斯特丹、漢堡、斯圖加特、馬德里和倫敦等為代表的13個大城市，參加這一計劃有40個企業(yè)。戴·克和曼公司為試驗項目提供各種專用的燃料電池客車底盤。在我國，從2001年開始實施以燃料電池汽車為重要內(nèi)容的“電動汽車重大科技專項”。目前項目實施順利，有關(guān)科研單位相繼研制出燃料電池客車用50kW燃料電池發(fā)動機和燃料電池汽車功能樣車，整車和關(guān)鍵零部件技術(shù)也取得較大進(jìn)展，這為“燃料電池公共汽車商業(yè)化示范項目”在我國實施奠定了良好基礎(chǔ)。燃料電池公共汽車商業(yè)化示范項目與“電動汽車重大科技專項”相輔相成，將促進(jìn)我國燃料電池汽車技術(shù)的應(yīng)用推廣。上一頁下一頁返回1）燃料電池汽車的特點燃料電池汽車的工作原理，是使作為燃料的氫在汽車搭載的燃料電池中，與大氣中的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生出電能啟動電動機，進(jìn)而驅(qū)動汽車。甲醇、天然氣和汽油也可以替代氫（從這些物質(zhì)里間接提取氫），但會產(chǎn)生少量的二氧化碳和氮氧化物。但總的來說，這類化學(xué)反應(yīng)除了電能就只產(chǎn)生水。因此燃料電池汽車被稱為“地道的環(huán)保車”。燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率極高。燃料電池不經(jīng)歷熱機過程，不受熱力循環(huán)限制，故能量轉(zhuǎn)換效率高，燃料電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)換效率在理論上可達(dá)100%，實際效率已達(dá)60%～80%，是普通內(nèi)燃機熱效率的2～3倍。因此，從節(jié)約能源的角度來看，燃料電池汽車明顯優(yōu)于使用內(nèi)燃機的普通汽車。另一方面，近年來燃料電池技術(shù)的迅速發(fā)展也為燃料電池運用于汽車創(chuàng)造了條件。由于技術(shù)的進(jìn)步，燃料電池的功率密度不斷提高，電池組的輸出功率不斷增大，而電池的體積和成本卻明顯降低。上一頁下一頁返回燃料電池的另一個吸引人的地方在于它將取代蓄電池用于電動汽車。由蓄電池驅(qū)動的電動汽車雖然擺脫了發(fā)動機的轟鳴，可以無任何噪聲的行駛，但它有一個致命的缺點，那就是充一次電的行程有限。燃料電池的燃料主要有氫氣、甲醇和汽油3種。根據(jù)燃料電池的發(fā)電原理，氫氣是最理想的燃料。一是氫氣可以直接參與電化學(xué)反應(yīng)；二是氫氣燃料電池的產(chǎn)物中只有潔凈的水蒸汽，對環(huán)境不會造成任何污染。要將氫氣作為燃料電池汽車的燃料，問題就遠(yuǎn)非這么簡單了。以氫氣作為燃料，必須解決以下兩個問題：（1）如何經(jīng)濟的獲取氫氣，可以從天然氣等傳統(tǒng)的化石燃料，通過重整或改質(zhì)技術(shù)轉(zhuǎn)化而來。這樣一來，氫作為第二能源，它的制取不僅要消耗大量的能量，而且并沒有從根本上擺脫對化石燃料的依賴，也沒有從根本上消除對環(huán)境的污染。自然界中，氫能大量存儲于水中，雖然取之不盡，但直接使用熱分解或是電解的辦法從水中制氫，顯然不劃算。因此多數(shù)科學(xué)家都將目光轉(zhuǎn)向了利用太陽能，但是目前還存在許多技術(shù)障礙?，F(xiàn)正在進(jìn)行太陽能分解水制氫、陽光催化光解水制氫、太陽能生物制氫等方面的研究。只有到了能以再生性能源廉價地生產(chǎn)出氫燃料，氫燃料電池民用汽車的燃料問題才算獲得了根本性的解決。上一頁下一頁返回（2）如何為燃料電池供應(yīng)燃料。向燃料電池供應(yīng)燃料有2種形式：一是非重整式，即氫罐直接裝在車上供給燃料電池；二是重整式，即車上裝有液體燃料，利用車上裝置制造氫氣。通常稱制氫裝置為重整裝置，具有重整裝置的燃料電池汽車稱為重整式燃料電池汽車。通常氫能以3種狀態(tài)存儲和運輸：高壓氣態(tài)、液態(tài)和氫化物形態(tài)。用常用的壓縮氣體罐儲存的氫，只能供燃料電池汽車行駛150km，這還不如目前最好的蓄電池驅(qū)動的汽車。由于氫氣是最小的分子，很容易造成泄漏。哪怕是微量的泄漏，都有可能造成極為可怕的后果。而在零下253℃的條件下儲存液氫的深度制冷技術(shù)對于大眾市場來說，目前還很不成熟?？上驳氖牵瑑洳牧系拈_發(fā)已取得令人鼓舞的進(jìn)展。據(jù)報道，一種具有復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)的石墨纖維，其單位重量可以吸收20％的氫氣。上一頁下一頁返回閱讀材料3-10

英國實施“充電場所”計劃向低碳交通轉(zhuǎn)移上一頁下一頁返回圖3.17

充電站英國將在街道和停車場安裝數(shù)千個充電站，從而在該國創(chuàng)造6個“充電汽車”城市和地區(qū)。在稱之為“充電場所”的計劃下，路邊充電站將支持日漸興起的電動汽車技術(shù)，并提供有價值的經(jīng)驗作為未來開發(fā)充電設(shè)施的基礎(chǔ)。這些充電站將設(shè)立在街頭、停車場以及商場和休閑場所。此種充電站的可用性被看作是成功向更加清潔、無污染交通形式轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。它將鼓勵汽車產(chǎn)業(yè)接受這一向傳統(tǒng)汽油和柴油發(fā)動機車輛發(fā)起的嚴(yán)肅挑戰(zhàn)，并能吸引到投資解決減少充電時間和增加每次充電量的問題。期待已久的實用電動汽車的上市步伐正在加快，依賴于最新的鋰電池，大多數(shù)汽車制造商現(xiàn)在都在開發(fā)概念型或生產(chǎn)型車輛。未來18個月中，340多輛新的電動和充電/汽油混合動力車輛，其中包括迷你和小型汽車，將在英國政府的低碳車輛展示競賽中接受審查。開發(fā)一種創(chuàng)新、輕量級、高能量密度的電池系統(tǒng)，用在零排放小型電動城市汽車上，車輛擁有改良的性能、功能和行駛里程。電動汽車推廣的最大障礙是充電基礎(chǔ)設(shè)備，如果沒有便捷和快速的充電服務(wù)保障，電動汽車的推廣無疑會成為人類希冀的空中樓閣。

上一頁下一頁返回2）燃料電池汽車的技術(shù)特性燃料電池是一種把儲存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能，等溫地按電化學(xué)原理轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置。燃料電池是由含催化劑的陽極、陰極和離子導(dǎo)電的電解質(zhì)構(gòu)成。燃料在陽極氧化，氧化劑在陰極還原，電子從陽極通過負(fù)載流向陰極構(gòu)成電回路，產(chǎn)生電能從而驅(qū)動負(fù)載工作。燃料電池與常規(guī)電池不同在于，它工作時需要連續(xù)不斷地向電池內(nèi)輸入燃料和氧化劑，通過電化學(xué)反應(yīng)生成水，并釋放出電能，只要保持燃料供應(yīng)，電池就會不斷工作提供電能。燃料電池種類繁多，其性質(zhì)和工作溫度范圍隨所用的電解質(zhì)的性質(zhì)而異。對于汽車用燃料電池，質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)最為適合。它的結(jié)構(gòu)緊湊，工作溫度低(只有80℃)，啟動迅速，功率密度高、電池壽命長。PEMFC的核心是一涂有鉑催化劑的彈性塑料膜。鉑催上一頁下一頁返回化劑把氫氣轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子，只有質(zhì)子可以通過電解質(zhì)膜，與膜另一側(cè)的氧結(jié)合生成水，而電子在閉合的外電路中形成電流。PEMFC早在20世紀(jì)60年代就用在雙子星宇宙飛船中作備用電源。80年代晚期，洛斯阿拉莫斯國家實驗室的研究人員對催化劑做了大量的改進(jìn)，使鉑的用量減少了90%。全球領(lǐng)先的燃料電池開發(fā)商，加拿大的巴拉德動力系統(tǒng)公司通過改進(jìn)電解質(zhì)膜，使電池的能量密度成倍增加，這是其它燃料電池所無法比擬的。圖3.18為本田公司開發(fā)的燃料電池汽車。上一頁下一頁返