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1、会计学1汽车动力汽车动力(dngl)新技术新技术第一页，共54页。一、内燃机发展史一、内燃机发展史n n内燃机是燃料在机器内部燃烧而将能量释放做功的，它的内燃机是燃料在机器内部燃烧而将能量释放做功的，它的工质在燃烧前是燃油和空气的混合气，在燃烧后则是燃烧工质在燃烧前是燃油和空气的混合气，在燃烧后则是燃烧产物。产物。n n内燃机以其热效率高、结构紧凑，机动性强，运行维护简内燃机以其热效率高、结构紧凑，机动性强，运行维护简便便(jinbin)(jinbin)的优点著称于世。一百多年以来，内燃机的的优点著称于世。一百多年以来，内燃机的巨大生命力经久不衰。目前世界上内燃机的拥有量大大超巨大生命力经久不
2、衰。目前世界上内燃机的拥有量大大超过了任何其它的热力发动机，在国民经济中占有相当重要过了任何其它的热力发动机，在国民经济中占有相当重要的地位。现代内燃机更是成为了当今用量最大、用途最广、的地位。现代内燃机更是成为了当今用量最大、用途最广、无一与之匹敌的的最重要的热能机械。无一与之匹敌的的最重要的热能机械。第1页/共54页第二页，共54页。第2页/共54页第三页，共54页。最早的内燃机最早的内燃机最早的内燃机最早的内燃机煤气煤气煤气煤气(miq)(miq)机机机机n n最早出现的内燃机是以煤气为燃料的煤气机。最早出现的内燃机是以煤气为燃料的煤气机。18601860年，法国发明家年，法国发明家莱诺
3、制成了第一台实用内燃机（单缸、二冲程、无压缩和电点火的莱诺制成了第一台实用内燃机（单缸、二冲程、无压缩和电点火的煤气机，输出功率为煤气机，输出功率为0.741.47KW0.741.47KW，转速为，转速为100r/min100r/min，热效率为，热效率为4%4%）。）。18761876年，德国人奥托制成了第一台四冲程往复活塞式内燃机年，德国人奥托制成了第一台四冲程往复活塞式内燃机（单缸、卧式、以煤气为燃料、功率大约为（单缸、卧式、以煤气为燃料、功率大约为2.21KW2.21KW、180r/min180r/min）。）。在这部发动机上，奥托增加了飞轮，使运转平稳，把进气道加长，在这部发动机上，
4、奥托增加了飞轮，使运转平稳，把进气道加长，又改进了气缸盖，使混合气充分形成。这是一部又改进了气缸盖，使混合气充分形成。这是一部(y b)(y b)非常成功的非常成功的发动机，其热效率相当于当时蒸汽机的两倍。发动机，其热效率相当于当时蒸汽机的两倍。n n煤气机虽然比蒸汽机具有很大的优越性，但在社会化大生产情况下，煤气机虽然比蒸汽机具有很大的优越性，但在社会化大生产情况下，仍不能满足交通运输业所要求的高速、轻便等性能。因为它以煤气仍不能满足交通运输业所要求的高速、轻便等性能。因为它以煤气为燃料，需要庞大的煤气发生炉和管道系统。而且煤气的热值低，为燃料，需要庞大的煤气发生炉和管道系统。而且煤气的热值
5、低，故煤气机转速慢故煤气机转速慢,比功率小。到比功率小。到1919世纪下半叶，随着石油工业的兴世纪下半叶，随着石油工业的兴起，用石油产品取代煤气作燃料已成为必然趋势。起，用石油产品取代煤气作燃料已成为必然趋势。第3页/共54页第四页，共54页。汽油机的诞生汽油机的诞生汽油机的诞生汽油机的诞生(dnshng)(dnshng)和发展和发展和发展和发展n n18831883年，戴姆勒和迈巴赫制成了第一台四冲程往复式年，戴姆勒和迈巴赫制成了第一台四冲程往复式汽油机，此发动机上安装了迈巴赫设计的化油器，还汽油机，此发动机上安装了迈巴赫设计的化油器，还用白炽灯管解决了点火问题。它的特点是功率大，质用白炽灯
6、管解决了点火问题。它的特点是功率大，质量轻、体积小、转速快和效率高，特别适用于交通工量轻、体积小、转速快和效率高，特别适用于交通工具。与此同时，本茨研制成功了现在仍在使用的点火具。与此同时，本茨研制成功了现在仍在使用的点火装置和水冷式冷却器。装置和水冷式冷却器。n n在汽车和飞机工业的推动下汽油机取得了长足的发展。在汽车和飞机工业的推动下汽油机取得了长足的发展。按提高汽油机的功率、热效率、比功率和降低按提高汽油机的功率、热效率、比功率和降低(jingd)(jingd)油耗等主要性能指标的过程，可以把汽油机的发展分油耗等主要性能指标的过程，可以把汽油机的发展分为四个阶段。为四个阶段。第4页/共5
7、4页第五页，共54页。第一阶段是上世纪最初二十年，为适应第一阶段是上世纪最初二十年，为适应(shyng)(shyng)交通运输的要求，以提高功率和比功交通运输的要求，以提高功率和比功率为主。采取的主要技术措施是提高转速、增率为主。采取的主要技术措施是提高转速、增加缸数和改进相应辅助装置。这个时期内，转加缸数和改进相应辅助装置。这个时期内，转速从上世纪的速从上世纪的500800r/min500800r/min提高到提高到100010001500r/min1500r/min，比功率从，比功率从3.68W/Kg3.68W/Kg提高到提高到441.3441.3735.5W/Kg735.5W/Kg，对提
8、高飞机的飞行性能和汽车的负，对提高飞机的飞行性能和汽车的负载能力具有重大的意义。载能力具有重大的意义。第二阶段时间在第二阶段时间在2020年代，主要解决汽油机的爆年代，主要解决汽油机的爆震燃烧问题。当时汽油机的压缩比达到震燃烧问题。当时汽油机的压缩比达到4 4时，汽时，汽油机就发生爆震。美国通用汽车公司研究室的油机就发生爆震。美国通用汽车公司研究室的米格雷和鲍义德通过在汽油中加入少量的四乙米格雷和鲍义德通过在汽油中加入少量的四乙基铝，干扰氧和汽油分子化合的正常过程，解基铝，干扰氧和汽油分子化合的正常过程，解决了爆震的问题，使压缩比从决了爆震的问题，使压缩比从4 4提高到了提高到了8 8，大，大
9、大提高了汽油机的功率和热效率。大提高了汽油机的功率和热效率。第5页/共54页第六页，共54页。第三阶段是从第三阶段是从2020年代后期到年代后期到4040年代早期，主要是在汽油机上装备增年代早期，主要是在汽油机上装备增压器。废气涡轮增压可使气压增至压器。废气涡轮增压可使气压增至1.41.61.41.6大气压，他的应用为提大气压，他的应用为提高汽油机的功率和热效率开辟了一个新的途径。但是其真正的广泛高汽油机的功率和热效率开辟了一个新的途径。但是其真正的广泛应用，却是在应用，却是在5050年代后期才普及的。年代后期才普及的。第四阶段从第四阶段从5050年代至今，汽油机技术在原理重大变革之前发展已近
10、年代至今，汽油机技术在原理重大变革之前发展已近极致。它的结构越来越紧凑，转速越来越高。其技术现状为：缸内极致。它的结构越来越紧凑，转速越来越高。其技术现状为：缸内喷射；多气门技术；进气滚流，稀薄分层燃烧；电子控制点火正时、喷射；多气门技术；进气滚流，稀薄分层燃烧；电子控制点火正时、汽油喷射及空燃比随工况精确控制等全面电子发动机管理；废气在汽油喷射及空燃比随工况精确控制等全面电子发动机管理；废气在循环及三元催化等排气净化技术等。其集中体现在近年来研制成功循环及三元催化等排气净化技术等。其集中体现在近年来研制成功并投产的缸内直喷分层充气稀燃汽油机（并投产的缸内直喷分层充气稀燃汽油机（GDIGDI）
11、。）。但是随着但是随着7070年代开始的电子技术在发动机上的应用，为内燃机技术年代开始的电子技术在发动机上的应用，为内燃机技术的改进提供了条件的改进提供了条件,使内燃机基本上满足了目前世界各国有关使内燃机基本上满足了目前世界各国有关(y(y ugun)ugun)排放、节能、可靠性和舒适性等方面的要求。内燃机电排放、节能、可靠性和舒适性等方面的要求。内燃机电子控制现已包括电控燃油喷射、电控点火、怠速控制、排放控制、子控制现已包括电控燃油喷射、电控点火、怠速控制、排放控制、进气控制、增压控制、警告提示、自我诊断、失效保护等诸多方面。进气控制、增压控制、警告提示、自我诊断、失效保护等诸多方面。第6页
12、/共54页第七页，共54页。内燃机家族的另一个内燃机家族的另一个内燃机家族的另一个内燃机家族的另一个(y(y )明星明星明星明星柴油机柴油机柴油机柴油机n n18921892年，德国工程师年，德国工程师R.R.狄塞尔受面粉厂粉尘爆炸的启发，设想狄塞尔受面粉厂粉尘爆炸的启发，设想(shxi(shxi ng)ng)将吸将吸入气缸的空气高度压缩，使其温度超过燃料的自燃温度，再用高压空气将燃入气缸的空气高度压缩，使其温度超过燃料的自燃温度，再用高压空气将燃料吹入气缸料吹入气缸,使之着火燃烧。他首创的压缩点火式内燃机使之着火燃烧。他首创的压缩点火式内燃机(柴油机柴油机)于于18971897年研年研制成功
13、制成功,为内燃机的发展开拓了新途径。狄塞尔开始力图使内燃机实现卡诺循为内燃机的发展开拓了新途径。狄塞尔开始力图使内燃机实现卡诺循环，以求获得最高的热效率，但实际上做到的是近似的等压燃烧。其热效率环，以求获得最高的热效率，但实际上做到的是近似的等压燃烧。其热效率达达2626。压缩点火式内燃机的问世，引起了世界机械业的极大兴趣。压缩点。压缩点火式内燃机的问世，引起了世界机械业的极大兴趣。压缩点火式内燃机也以发明者而命名为狄塞尔引擎火式内燃机也以发明者而命名为狄塞尔引擎(Diesel engine)(Diesel engine)。这种内燃机以后。这种内燃机以后大多用柴油为燃料，故又称为柴油机。大多用
14、柴油为燃料，故又称为柴油机。18981898年，柴油机首先用于固定式发电年，柴油机首先用于固定式发电机组机组,1903,1903年用作商船动力年用作商船动力,1904,1904年装于舰艇年装于舰艇,1913,1913年第一台以柴油机为动力的内年第一台以柴油机为动力的内燃机车制成燃机车制成,1920,1920年左右始用于汽车和农业机械。年左右始用于汽车和农业机械。第7页/共54页第八页，共54页。n n近百年来近百年来,柴油机的热效率提高近柴油机的热效率提高近80%,80%,比功率提高几比功率提高几十倍十倍,空气利用率达空气利用率达90%90%。当今柴油机的技术水平表现。当今柴油机的技术水平表现
15、为为:优良的燃烧系统；超高压喷射；增压和增压中冷；优良的燃烧系统；超高压喷射；增压和增压中冷；可控废气再循环和氧化催化器；降低噪声的双弹簧喷可控废气再循环和氧化催化器；降低噪声的双弹簧喷油器；全电子发动机管理等油器；全电子发动机管理等,集中体现在以采用电控集中体现在以采用电控共轨式燃油喷射系统为特征的新一代柴油机上。共轨式燃油喷射系统为特征的新一代柴油机上。n n增压技术在柴油机上的应用要比汽油机晚一些。早在增压技术在柴油机上的应用要比汽油机晚一些。早在2020年代就有人提出压缩空气提高进气密度的设想，直年代就有人提出压缩空气提高进气密度的设想，直到到19261926年瑞士人年瑞士人A.J.A
16、.J.伯玉希才第一次设计了一台带废气伯玉希才第一次设计了一台带废气涡轮增压器的增压发动机。由于涡轮增压器的增压发动机。由于(yuy)(yuy)当时的技术当时的技术水平和工艺、材料的限制，还难以制造出性能良好的水平和工艺、材料的限制，还难以制造出性能良好的涡轮增压器，加上二次大战的影响，增压技术为能迅涡轮增压器，加上二次大战的影响，增压技术为能迅速普及，直到大战结束后，增压技术的研究和应用才速普及，直到大战结束后，增压技术的研究和应用才受到重视。受到重视。19501950年增压技术才开始在柴油机上使用并年增压技术才开始在柴油机上使用并作为产品提供市场。作为产品提供市场。第8页/共54页第九页，共
17、54页。旋转旋转旋转旋转(xunzhu(xunzhu n)n)活塞式发动机活塞式发动机活塞式发动机活塞式发动机n n早在往复活塞早在往复活塞(husi)(husi)式内燃机诞生式内燃机诞生以前以前,人们就曾致力于创造旋转活塞人们就曾致力于创造旋转活塞(husi)(husi)式的内燃机式的内燃机,但均未获成功。但均未获成功。直到直到 1957 1957年联邦德国工程师年联邦德国工程师 F.F.汪克尔汪克尔才研制出旋转活塞才研制出旋转活塞(husi)(husi)式发动机式发动机（转子发动机），被称为汪克尔发动（转子发动机），被称为汪克尔发动机。它具有近似三角形的旋转活塞机。它具有近似三角形的旋转活
18、塞(husi)(husi)，在特定型面的气缸内作旋，在特定型面的气缸内作旋转运动，按奥托循环工作。这种发动转运动，按奥托循环工作。这种发动机通过多年的努力和发展，在成功地机通过多年的努力和发展，在成功地解决了密封与缸体震纹之后，也在一解决了密封与缸体震纹之后，也在一定领域定领域(如赛车和小型发电机组如赛车和小型发电机组)获得获得较好的应用。目前日本较好的应用。目前日本MazdaMazda公司还公司还生产这种发动机，并应用于汽车上。生产这种发动机，并应用于汽车上。第9页/共54页第十页，共54页。燃气轮机燃气轮机燃气轮机燃气轮机(rnqlnj)(rnqlnj)n n燃气轮机全称为燃气涡轮发动机，
19、燃气轮机可以是一个广泛燃气轮机全称为燃气涡轮发动机，燃气轮机可以是一个广泛(gu(gu ngfn)ngfn)的称呼，基本原理大同小异，包括涡轮喷射引擎等等都的称呼，基本原理大同小异，包括涡轮喷射引擎等等都包含在内。而一般所指的燃气涡轮引擎，通常是指用于船舶、车辆、包含在内。而一般所指的燃气涡轮引擎，通常是指用于船舶、车辆、发电机组等的。发电机组等的。n n17911791年，英国人巴伯首次描述了燃气轮机的工作过程；年，英国人巴伯首次描述了燃气轮机的工作过程；18721872年，德年，德国人施托尔策设计了一台燃气轮机，并于国人施托尔策设计了一台燃气轮机，并于1900190019041904年进行
20、了试验，年进行了试验，但因始终未能脱开起动机独立运行而失败；但因始终未能脱开起动机独立运行而失败；19051905年，法国人勒梅尔年，法国人勒梅尔和阿芒戈制成第一台能输出功的燃气轮机，但效率太低，因而未获和阿芒戈制成第一台能输出功的燃气轮机，但效率太低，因而未获得实用。得实用。n n19201920年，德国人霍尔茨瓦特制成第一台实用的燃气轮机，其效率为年，德国人霍尔茨瓦特制成第一台实用的燃气轮机，其效率为1313、功率为、功率为370370千瓦，按等容加热循环工作，但因等容加热循环千瓦，按等容加热循环工作，但因等容加热循环以断续爆燃的方式加热，存在许多重大缺点而被人们放弃。以断续爆燃的方式加热
21、，存在许多重大缺点而被人们放弃。第10页/共54页第十一页，共54页。n n19391939年，在瑞士制成了四兆瓦发电用燃气轮机，效率年，在瑞士制成了四兆瓦发电用燃气轮机，效率达达18%18%。同年，在德国制造的喷气式飞机试飞成功，。同年，在德国制造的喷气式飞机试飞成功，从此燃气轮机进入了实用阶段，并开始迅速发展。从此燃气轮机进入了实用阶段，并开始迅速发展。n n在燃气轮机获得广泛应用的同时，还出现在燃气轮机获得广泛应用的同时，还出现(chxin)(chxin)了了燃气轮机与其他热机相结合的复合装置。最早出现燃气轮机与其他热机相结合的复合装置。最早出现(chxin)(chxin)的是与活塞式内
22、燃机相结合的装置；的是与活塞式内燃机相结合的装置；50506060年代，出现年代，出现(chxin)(chxin)了以自由活塞发气机与燃气轮机了以自由活塞发气机与燃气轮机组成的自由活塞燃气轮机装置，但由于笨重和系统较组成的自由活塞燃气轮机装置，但由于笨重和系统较复杂，到复杂，到7070年代就停止了生产。此外，还发展了柴油年代就停止了生产。此外，还发展了柴油机燃气轮机复合装置；另有一类利用燃气轮机排气热机燃气轮机复合装置；另有一类利用燃气轮机排气热量供热量供热(或蒸汽或蒸汽)的全能量系统，可有效地节约能源，的全能量系统，可有效地节约能源，已用于多种工业生产中。已用于多种工业生产中。第11页/共5
23、4页第十二页，共54页。二、内燃机代用二、内燃机代用(diyng)燃料燃料I.I.发展代用燃料的重要性发展代用燃料的重要性II.II.70年代初，由于石油年代初，由于石油危机导致原油价格成倍上涨，危机导致原油价格成倍上涨，引起对发动机燃油经济性的重引起对发动机燃油经济性的重视，但由于要控制排气污染，视，但由于要控制排气污染，因而增加了改进燃油经济性的因而增加了改进燃油经济性的困难。为了减少内燃机对日益困难。为了减少内燃机对日益短缺的石油基燃料的依赖，各短缺的石油基燃料的依赖，各国正在进行内燃机燃用代用燃国正在进行内燃机燃用代用燃料的研究料的研究(ynji)工作，以逐工作，以逐步取代汽油和柴油，
24、如燃用天步取代汽油和柴油，如燃用天然气、甲醇、乙醇、合成汽油、然气、甲醇、乙醇、合成汽油、合成柴油以及二甲基醚合成柴油以及二甲基醚(CH3OCH3)等。等。第12页/共54页第十三页，共54页。第13页/共54页第十四页，共54页。能源能源能源能源(nngyun)(nngyun)短缺和环境污染短缺和环境污染短缺和环境污染短缺和环境污染第14页/共54页第十五页，共54页。能源能源能源能源(nngyun)(nngyun)危机与汽车能源危机与汽车能源危机与汽车能源危机与汽车能源(nngyun)(nngyun)转型转型转型转型第15页/共54页第十六页，共54页。n n随着机动车保有量的激增，机动车
25、尾气排放已逐渐随着机动车保有量的激增，机动车尾气排放已逐渐成为城市空气的主要污染源之一，且近年来呈现出成为城市空气的主要污染源之一，且近年来呈现出不断恶化的势头。不断恶化的势头。19981998年，全国年，全国140140个城市（占全个城市（占全国城市总量的国城市总量的43.5%43.5%）的空气质量超过国家三级标）的空气质量超过国家三级标准，属于严重污染城市。按照国家环保中心预测，准，属于严重污染城市。按照国家环保中心预测，20102010年我国汽车尾气排放量将占空气污染物总量的年我国汽车尾气排放量将占空气污染物总量的64%64%。城市空气环境的恶化已对我国国民经济持续。城市空气环境的恶化已
26、对我国国民经济持续发展和人民身体健康产生了极大的负面影响。发展和人民身体健康产生了极大的负面影响。n n为缓解我国石油资源匮乏和需求之间的矛盾及有利为缓解我国石油资源匮乏和需求之间的矛盾及有利于我国长期可持续稳定的发展和环境保护，需要规于我国长期可持续稳定的发展和环境保护，需要规划与发展内燃机燃用清洁划与发展内燃机燃用清洁(qngji)(qngji)代用燃料以替代用燃料以替代石油基燃料即汽油和柴油。代石油基燃料即汽油和柴油。第16页/共54页第十七页，共54页。II.II.内燃机的代用燃料内燃机的代用燃料内燃机的代用燃料内燃机的代用燃料III.III.内燃机的代用燃料可分为液体和气体内燃机的代
27、用燃料可分为液体和气体内燃机的代用燃料可分为液体和气体内燃机的代用燃料可分为液体和气体两种，此外也可用电能来代替燃料，两种，此外也可用电能来代替燃料，两种，此外也可用电能来代替燃料，两种，此外也可用电能来代替燃料，驱动汽车。驱动汽车。驱动汽车。驱动汽车。IV.IV.液体代用燃料液体代用燃料液体代用燃料液体代用燃料V.V.醇类燃料醇类燃料醇类燃料醇类燃料VI.VI.醇类燃料主要包括甲醇和乙醇。低分醇类燃料主要包括甲醇和乙醇。低分醇类燃料主要包括甲醇和乙醇。低分醇类燃料主要包括甲醇和乙醇。低分子醇容易吸水而造成使用困难。如果子醇容易吸水而造成使用困难。如果子醇容易吸水而造成使用困难。如果子醇容易吸
28、水而造成使用困难。如果(rgu(rgu)把甲醇和异丁烯转化成甲基把甲醇和异丁烯转化成甲基把甲醇和异丁烯转化成甲基把甲醇和异丁烯转化成甲基叔丁基醚或合成为汽油，就可与汽油叔丁基醚或合成为汽油，就可与汽油叔丁基醚或合成为汽油，就可与汽油叔丁基醚或合成为汽油，就可与汽油互溶，也可以成为汽油的组分。乙醇互溶，也可以成为汽油的组分。乙醇互溶，也可以成为汽油的组分。乙醇互溶，也可以成为汽油的组分。乙醇因具有原料广泛、使用简便等特点，因具有原料广泛、使用简便等特点，因具有原料广泛、使用简便等特点，因具有原料广泛、使用简便等特点，可以在基本上不改变发动机结构的情可以在基本上不改变发动机结构的情可以在基本上不改
29、变发动机结构的情可以在基本上不改变发动机结构的情况下掺烧或者单烧。况下掺烧或者单烧。况下掺烧或者单烧。况下掺烧或者单烧。第17页/共54页第十八页，共54页。第18页/共54页第十九页，共54页。甲醇作为车用燃料有以下优点甲醇作为车用燃料有以下优点:甲醇可从煤或天然气中提炼，它可以大规模专门生产，也可以利用现有的氮肥厂设甲醇可从煤或天然气中提炼，它可以大规模专门生产，也可以利用现有的氮肥厂设备联产，或采用多联产备联产，或采用多联产(热、电、化工产品如甲醇、二甲醚、合成气等联产，热、电、化工产品如甲醇、二甲醚、合成气等联产，简称简称IGCC),IGCC),生产成本低。生产成本低。甲醇是液体燃料，
30、可以沿用石油燃料的运输储存系统，基础设施投入少。甲醇是液体燃料，可以沿用石油燃料的运输储存系统，基础设施投入少。燃用甲醇燃料可以提高燃用甲醇燃料可以提高(t go)(t go)发动机动力性能、经济性能，有害排放物低，是一种清发动机动力性能、经济性能，有害排放物低，是一种清洁代用燃料。洁代用燃料。l l甲醇作为甲醇作为甲醇作为甲醇作为(zuwi)(zuwi)车用燃料的优缺点车用燃料的优缺点车用燃料的优缺点车用燃料的优缺点第19页/共54页第二十页，共54页。(2)甲醇的主要缺点是甲醇的主要缺点是:有有毒毒、不不可可饮饮入入口口中中或或溅溅入入眼眼中中，须须对对甲甲醇醇燃燃料料加加强强管管理理并并
31、严严格格遵守操作规程。遵守操作规程。排排气气中中有有未未燃燃醇醇和和醛醛有有害害气气体体排排放放物物，需需进进行行排排气气后后处处理理。其其中中未未燃燃醇醇在在环环境境中中存存在在的的时时间间短，可以被带氧微生物分解。短，可以被带氧微生物分解。甲甲醇醇对对有有色色金金属属、橡橡胶胶有有腐腐蚀蚀作作用用，需需对对燃燃油油系系统统(xtng)在在结结构构上上与与材材料料上上采采取取措措施施，如如采采用用耐耐溶溶胀胀的的硫硫化化橡橡胶胶、不不锈锈钢钢制制油油箱箱及及聚聚四四氟氟乙乙烯烯燃燃油油管管道道等。等。第20页/共54页第二十一页，共54页。(1)(1)乙醇作为内燃机代用燃料有以乙醇作为内燃机
32、代用燃料有以下优点下优点:辛烷值高辛烷值高(110(110左右左右)，可以代替目，可以代替目前正在使用的无铅抗爆添加剂前正在使用的无铅抗爆添加剂甲基叔丁基醚甲基叔丁基醚(MTBE)(MTBE)。乙醇无。乙醇无毒，对环境无危害，而毒，对环境无危害，而MTBEMTBE则则被怀疑会污染地下水和致膀胱被怀疑会污染地下水和致膀胱癌等，在美国一些州已被禁用，癌等，在美国一些州已被禁用，20042004年全面禁用。年全面禁用。乙醇是含氧燃料，蒸发乙醇是含氧燃料，蒸发(zhngf)(zhngf)潜热高，发动机燃用乙醇可以潜热高，发动机燃用乙醇可以实现无烟排放，并能大幅度降实现无烟排放，并能大幅度降低低COCO
33、排放，排放，HC,NOxHC,NOx也可以有也可以有不同程度的降低不同程度的降低(取决于发动机取决于发动机结构及其调整状态结构及其调整状态)。火花点火。火花点火发动机可以燃用纯乙醇或乙醇发动机可以燃用纯乙醇或乙醇和汽油的混合燃料和汽油的混合燃料(掺烧比例大掺烧比例大时需加助溶剂时需加助溶剂)，压燃式发动机，压燃式发动机也可以燃用乙醇，但需有助燃也可以燃用乙醇，但需有助燃措施。措施。l l乙醇作为乙醇作为乙醇作为乙醇作为(zuwi)(zuwi)车用燃料的优缺点车用燃料的优缺点车用燃料的优缺点车用燃料的优缺点第21页/共54页第二十二页，共54页。（2 2）乙乙醇醇作作为为内内燃燃机机代代用用燃燃
34、料料的的缺点是缺点是:乙乙醇醇生生产产成成本本高高，虽虽然然利利用用阶阶段段性性过过剩剩、存存放放期期过过长长甚甚至至霉霉变变的的粮粮食食制制取取酒酒精精可可以以在在一一定定程程度度上上缓缓解解粮粮食食过过剩剩和和燃燃料料不不足足的的矛矛盾盾。但但我我国国可可耕耕地地面面积积少少(为为世世界界的的7%7%)，人人口口多多(占占全全世世界界人人口口的的22%22%)，粮粮食食来来源源不不稳稳定定(wndng)(wndng)，生生产产乙乙醇醇过过程程中中耗耗能能大大(生生产产乙乙醇醇的的耗耗能能量量接接近近乙乙醇醇发发出出的的能能量量)、耗耗粮粮大大，生生产产乙乙醇醇过过程程中中有有大大量量CO2
35、CO2排排放放，利利用用粮粮食食生生产产乙乙醇醇，只只能能适适度度开开展展。此此外外利利用用乙乙醇醇作作为为燃燃料料或或辛辛烷烷值值添添加加剂剂时时，政政府府要要考考虑虑给给予予补补贴贴，否否则则在在市市场场经经济济条件下难以推广应用。条件下难以推广应用。利利用用能能源源作作物物(如如甜甜高高粱粱的的茎茎杆杆、木木薯薯等等)制制乙乙醇醇也也是是可可行行的的，生生产产成成本本比比粮粮食食制制乙乙醇醇低低10001000元元/t/t左左右右，秸秸秆秆制制酒酒精精是是将将秸秸秆秆通通过过酶酶水水解解成成单单糖糖，然然后后发发酵酵成成乙乙醇醇。由由于于酶酶成成本本高高，秸秸秆秆收收集集比比较较困困难难
36、，世世界界上上未未大大规规模模生生产产。秸秸秆秆比比较较适适宜宜在在汽汽化化生成沼气后，作为民用燃料。生成沼气后，作为民用燃料。第22页/共54页第二十三页，共54页。uu二甲醚（Dimethyl Ether，缩写DME）uuDME(CH3OCH3)是目前世界上被普遍看好的压燃式发动机超uu清洁燃料。它可以用作民用、车用和燃汽轮机燃料替代uuLPG、柴油和天然气，其主要特点是:uu广泛的可获得性。可以由煤或天然气制得，从而可以利用我国丰富的煤炭资源。uu超清洁。研究结果表明，柴油机燃用二甲醚时可以实现高的功率输出和热效率(与柴油机相当或略高)，低噪声和无烟燃烧(rnsho)，其排放不采用复杂后
37、处理装置即可达欧洲III和美国ULEV标准，并有潜力达到欧洲IV排放标准。uu生产DME的传统技术为二步法，即由合成气制成甲醇，再将甲醇脱水制成DME,生产成本较高。目前已开发成功生产DME的先进方法(一步法或整体一步法)，可大幅度降低其生产成本(1100元/t左右)，此外若采用多联产技术，二甲醚的成本可以更低。DME用作车用燃料由于沸点低、粘度小，需要对整个燃油系统加压或采用共轨燃油系统，此外应对柱塞偶件等进行减摩与耐磨处理或在燃油中加润滑添加剂。第23页/共54页第二十四页，共54页。第24页/共54页第二十五页，共54页。uu煤制油煤制油(又称合成汽油和合成柴又称合成汽油和合成柴油油)u
38、u煤制油是将煤炭通过化工过程煤制油是将煤炭通过化工过程变成油品。变成油品。uu用用Fischer-Tropsch技术催化合技术催化合成合成的柴油成合成的柴油(简称简称F-T油油)，其，其十六烷值可大于十六烷值可大于70，低硫，低硫(质量质量分数在分数在10-5以下以下)，低芳烃，低芳烃(小小于于1%),热值与柴油相当，在柴油热值与柴油相当，在柴油机上使用可以降低机上使用可以降低N0 x和碳烟微和碳烟微粒排放。粒排放。uu它可以与柴油以任意比例互溶它可以与柴油以任意比例互溶(h rn)，一些国家，一些国家(如美国的如美国的Argonne国家实验室国家实验室)正在研究正在研究F-T油与柴油的混合油
39、油与柴油的混合油(50%的柴的柴油和油和50%的的F-T油的混合油简称油的混合油简称FT-50)在柴油机上使用的可能性在柴油机上使用的可能性及其燃烧与排放特性。及其燃烧与排放特性。第25页/共54页第二十六页，共54页。uu生物柴油生物柴油uu uu生物柴油是一种非化石的可再生物柴油是一种非化石的可再生能源，它作为柴油机的代用生能源，它作为柴油机的代用燃料受到越来越多的关注。燃料受到越来越多的关注。uu目前已知的可作为内燃机使用目前已知的可作为内燃机使用的植物油有的植物油有30多种。压燃式发多种。压燃式发动机可以燃用纯生物油，也可动机可以燃用纯生物油，也可使用植物油和柴油的混合油使用植物油和柴
40、油的混合油(如如20%的大豆渣油与柴油的混合油的大豆渣油与柴油的混合油称为称为B20)。植物油的十六烷值。植物油的十六烷值较高较高(40左右左右)，能量密度较高，能量密度较高(约为柴油的约为柴油的90%左右左右)，与石油，与石油系燃料互溶性好，不存在分层系燃料互溶性好，不存在分层问题，含氧问题，含氧8%10%，可以降，可以降低低(jingd)碳烟碳烟/微粒排放。微粒排放。uu目前世界上植物油产量相对石目前世界上植物油产量相对石油来说还很少，今后随着其产油来说还很少，今后随着其产量的增大，用植物油取代柴油量的增大，用植物油取代柴油会越来越可行。此外，我国餐会越来越可行。此外，我国餐饮业有大量的废
41、油倒入下水道，饮业有大量的废油倒入下水道，由于粘度大，冬季时易造成堵由于粘度大，冬季时易造成堵塞，如将废油收集后经适当处塞，如将废油收集后经适当处理转化为生物柴油，会有较好理转化为生物柴油，会有较好的经济和社会效益。日本每年的经济和社会效益。日本每年有近有近30万万t餐饮废油转化为生物餐饮废油转化为生物柴油作为柴油机的代用燃料使柴油作为柴油机的代用燃料使用，我国也正在开发生物柴油用，我国也正在开发生物柴油在压燃式发动机中的应用。在压燃式发动机中的应用。第26页/共54页第二十七页，共54页。2.2.气体代用燃料气体代用燃料气体代用燃料气体代用燃料3.3.气体燃料曾是内燃机的主要燃料，煤气体燃料
42、曾是内燃机的主要燃料，煤气体燃料曾是内燃机的主要燃料，煤气体燃料曾是内燃机的主要燃料，煤气机是最早的内燃机。由于气体燃料气机是最早的内燃机。由于气体燃料气机是最早的内燃机。由于气体燃料气机是最早的内燃机。由于气体燃料的能量密度小的能量密度小的能量密度小的能量密度小(单位体积热值低单位体积热值低单位体积热值低单位体积热值低)且储且储且储且储运不便，致使液体燃料逐步取代了气运不便，致使液体燃料逐步取代了气运不便，致使液体燃料逐步取代了气运不便，致使液体燃料逐步取代了气体燃料。但在气体燃料资源丰富的国体燃料。但在气体燃料资源丰富的国体燃料。但在气体燃料资源丰富的国体燃料。但在气体燃料资源丰富的国家家
43、家家(guji)(guji)和地区，它在内燃机上的和地区，它在内燃机上的和地区，它在内燃机上的和地区，它在内燃机上的使用一直没有停止过。使用一直没有停止过。使用一直没有停止过。使用一直没有停止过。4.4.近近近近2020年来，随着石油资源的逐渐枯竭、年来，随着石油资源的逐渐枯竭、年来，随着石油资源的逐渐枯竭、年来，随着石油资源的逐渐枯竭、气体燃料开采量的加大和远距离输送、气体燃料开采量的加大和远距离输送、气体燃料开采量的加大和远距离输送、气体燃料开采量的加大和远距离输送、净化脱水及储运技术的提高，气体燃净化脱水及储运技术的提高，气体燃净化脱水及储运技术的提高，气体燃净化脱水及储运技术的提高，气
44、体燃料液化技术和液化气体燃料电控喷射料液化技术和液化气体燃料电控喷射料液化技术和液化气体燃料电控喷射料液化技术和液化气体燃料电控喷射技术等的发展，特别是随着对内燃机技术等的发展，特别是随着对内燃机技术等的发展，特别是随着对内燃机技术等的发展，特别是随着对内燃机排放指标要求的日益严格，气体燃料排放指标要求的日益严格，气体燃料排放指标要求的日益严格，气体燃料排放指标要求的日益严格，气体燃料在内燃机上的使用又进入了一个新的在内燃机上的使用又进入了一个新的在内燃机上的使用又进入了一个新的在内燃机上的使用又进入了一个新的发展时期。目前在内燃机上使用的气发展时期。目前在内燃机上使用的气发展时期。目前在内燃
45、机上使用的气发展时期。目前在内燃机上使用的气体燃料有天然气、液化石油气、沼气、体燃料有天然气、液化石油气、沼气、体燃料有天然气、液化石油气、沼气、体燃料有天然气、液化石油气、沼气、煤气、氢气等，其中以压缩天然气煤气、氢气等，其中以压缩天然气煤气、氢气等，其中以压缩天然气煤气、氢气等，其中以压缩天然气(Compressed Natural Gas,(Compressed Natural Gas,缩写缩写缩写缩写CNG)CNG)和和和和液化石油气液化石油气液化石油气液化石油气(Liquefied Petroleum Gas(Liquefied Petroleum Gas,缩写缩写缩写缩写LPG)L
46、PG)为主。为主。为主。为主。第27页/共54页第二十八页，共54页。uu液化石油气液化石油气(LPG)(LPG)uuLPGLPG的主要成分是丙烷和丁烷。的主要成分是丙烷和丁烷。uu通常对通常对LPGLPG中的烯烃含量加以限中的烯烃含量加以限制，规定烯烃含量要低于制，规定烯烃含量要低于6%6%才才能用作车用燃料。能用作车用燃料。LPGLPG的辛烷值的辛烷值比汽油高，但火焰传播速度慢，比汽油高，但火焰传播速度慢，燃烧时间长，着火温度高。燃烧时间长，着火温度高。uuLPGLPG以气体状态同空气混合，有以气体状态同空气混合，有利于提高燃烧效率和降低利于提高燃烧效率和降低COCO、PMPM、HCHC等
47、污染物排放，其等污染物排放，其NOxNOx排排放水平与汽油相近。放水平与汽油相近。uuLPGLPG完全以气态方式进入气缸，完全以气态方式进入气缸，而汽油则会夹带部分未蒸发的而汽油则会夹带部分未蒸发的液体，因此相同排量的液体，因此相同排量的LPGLPG发动发动机进入气缸的混合气的能量小机进入气缸的混合气的能量小于汽油机，输入于汽油机，输入(shr)(shr)功率也功率也要低一些。要低一些。LPGLPG的体积能量密度的体积能量密度比汽油稍低，降低了比汽油稍低，降低了LPGLPG汽车的汽车的续航距离，因此需要投入大量续航距离，因此需要投入大量资金建设加油站。资金建设加油站。第28页/共54页第二十九
48、页，共54页。uu压缩天然气（压缩天然气（压缩天然气（压缩天然气（CNGCNG）uuCNGCNG的主要成分是的主要成分是的主要成分是的主要成分是85%99%85%99%的甲烷。甲烷的辛烷值高达的甲烷。甲烷的辛烷值高达的甲烷。甲烷的辛烷值高达的甲烷。甲烷的辛烷值高达130130，抗爆能力远好于汽油，可以提高发动机压缩比，从，抗爆能力远好于汽油，可以提高发动机压缩比，从，抗爆能力远好于汽油，可以提高发动机压缩比，从，抗爆能力远好于汽油，可以提高发动机压缩比，从而提高发动机的动力性和经济性。如采用较高的压缩比，而提高发动机的动力性和经济性。如采用较高的压缩比，而提高发动机的动力性和经济性。如采用较高
49、的压缩比，而提高发动机的动力性和经济性。如采用较高的压缩比，天然气发动机的燃烧效率可相当于柴油机，有利于减少天然气发动机的燃烧效率可相当于柴油机，有利于减少天然气发动机的燃烧效率可相当于柴油机，有利于减少天然气发动机的燃烧效率可相当于柴油机，有利于减少二氧化碳的排放。二氧化碳的排放。二氧化碳的排放。二氧化碳的排放。CNGCNG可直接应用与稍加改装的汽油机，可直接应用与稍加改装的汽油机，可直接应用与稍加改装的汽油机，可直接应用与稍加改装的汽油机，但若想充分利用其特性，最好采用专门的但若想充分利用其特性，最好采用专门的但若想充分利用其特性，最好采用专门的但若想充分利用其特性，最好采用专门的CNGC
50、NG发动机。发动机。发动机。发动机。uu甲烷与空气的混合气形成过程不存在进气过程中燃料由甲烷与空气的混合气形成过程不存在进气过程中燃料由甲烷与空气的混合气形成过程不存在进气过程中燃料由甲烷与空气的混合气形成过程不存在进气过程中燃料由液态变成气态的问题，不需蒸发、雾化过程即能与空气液态变成气态的问题，不需蒸发、雾化过程即能与空气液态变成气态的问题，不需蒸发、雾化过程即能与空气液态变成气态的问题，不需蒸发、雾化过程即能与空气顺利混合形成可燃混合气，同时也没有未参加燃烧的液顺利混合形成可燃混合气，同时也没有未参加燃烧的液顺利混合形成可燃混合气，同时也没有未参加燃烧的液顺利混合形成可燃混合气，同时也没