汽车燃料经济性论文

2024-07-10

汽车燃料经济性论文（精选9篇）

汽车燃料经济性论文第1篇

一、汽车的燃料经济性概述

汽车的燃料经济性是汽车的主要性能之一, 它是指汽车以最小的燃料消耗完成单位运输的能力。要用汽车行驶100公里所消耗的燃料量来评价, 由于汽车运输中燃料消耗的费用占总费用的42%左右, 所以燃料经济性的提高就意味着汽车运输成本的下降和经济效益的提高。

由于汽车的燃料消耗量与发动机类型、结构设计、制造工艺水平、调整状态、燃油品质、道路条件、交通状况、气候、驾车技术等许多因素有关, 因此, 燃料经济性的指标要根据道路试验或检测台试验结果来评定, 也可以通过理论分析进行估算。

汽车燃料消耗量试验方法根据不同的试验条件一般分为室内试验与道路试验两种。室内试验是汽车在转鼓试验台上的循环试验, 尽管有很多优点, 但难以反映出汽车在道路上行驶时的实际情况, 在实际的汽车燃料经济性实验中采用较少。道路试验根据各种影响因素的控制程序分为不控制道路试验, 控制道路试验和道路循环试验。不控制道路试验须采用大批量的汽车进行长距离的试验, 才能获得比较准的数据。尽管试验非常接近实际情况, 但由于试验所需时间较长费用也大, 所以很少采用。控制道路试验由于受道路条件的约制, 也较少采用, 而道路循环试验是指汽车在规定的道路上按规定的规范进行试验, 要进行汽车节气门户全开加速行驶燃料消耗量试验, 等速行驶燃料消耗量试验, 多工况燃料消耗量试验及限定条件下平均使用燃料消耗量试验。它具有试验时间短, 测试仪器简单, 数据重复性好等优点, 所以这种方式被广泛采用。

二、汽车燃料经济性指标

(一) 评价指标

评价指标用来评价各种车型的燃料经济性, 在我国通常用汽车行驶100公里所消耗的燃料升数, 即L/100km作为计量单位, 记作Qs。其评定方法有如下规定:

1.总质量2.5-6.0t的汽车货车, 评价指标Qs取六工况燃料消耗量Qv, 即Qs=Qv (L/100km) 。

2.总质量为6.0-15.0t的汽油货车, 评价指标Qs取六工况燃料消耗量Qv与车速为45km/h等速燃料消耗量Qc的加权值, 即Qs=0.5Qv+0.5Qc (L/100km) 。

(二) 运行燃料消耗量指标

汽车在运行使用中, 其燃料的经济性指标是运行燃料消耗量指标, 它是运输企业根据国家、地区或企业标准给驾驶者下达的完成某一运输生产任务所用燃料量的控制标准。

运行燃料消耗量的计算按道路及交通情况、环境温度、海拔高度、载重数量的不同组合, 分为不同运行条件。求出同一运行条件的燃料消耗量, 然后将不同运行条件的燃料消耗量相加, 得出总运行燃料消耗量。

(三) 考核指标

1.汽车制造厂或改装厂生产的其车型燃料消耗量考核指标是比燃料消耗量q。

Q=Qs/G×L/100KM

式中Qs—该车型的评价指标, L/100km

G—汽车标准总质量, t。

若q=qL的考核通过, 其中qL为国家规定的限值指标。

2.对运输企业燃料消耗量的考核指标:

以综合燃料消耗的Rs为考核定级指标。

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式中:Tj—某车型考核期完成的周转量, 100tkm

Qbj—企业某车型的基准单耗, L/100km

Qsj—某车型国家规定的基准单耗, 分一级、二级, L/100km。

用不同等级的Qsj代入上式, 满足要求则通过相应级别的考核。

三、提高汽车燃料经济性的措施

由汽车燃料消耗方程可知, 汽车的燃料经济性主要取决于发动机的有效燃料消耗率和汽车行驶阻力。一切有利于发动机的有效燃料消耗率降低和汽车行驶阻力降低的措施都可以使汽车的燃料经济性提高。因此, 节油的途径是多方面的, 主要以结构设计与使用技术两方面分析提高燃料经济性的措施。

(一) 从结构设计方面提高燃料经济性

1.合理选用汽车发动机。

要选择功率相当的发动机, 选用的发动机功率过大, 则负荷率下降, 燃料的经济性变差;过小, 则影响汽车的动力性。要扩大柴油发动机的选用范围。柴油机比汽油机热效率高, 特别是在部分负荷时柴油机的有效燃料消耗率比汽油机平均约低20%～45%, 柴油机排污较少。

2.优化发动机的结构。

应用发动机新技术实现对汽车发动机的适时控制, 是提高汽车燃料经济性及动力性的有效措施。提高压缩比是汽油机提高燃料经济性的重要措施, 但不能提高太多, 否则会出现使发动机产生爆燃和表面点火的现象, 同时会使排放中的有害物增加。

3.采用直喷式发动机和稀薄混合气的分层燃料。

改善混合气的形成、分配和燃料过程, 能够形成浓度合适的混合气, 提高燃料的经济性, 同时降低排放的污染。

4.采用闭缸技术。

闭缸技术是采用关闭进排气门的方法, 使气缸停止工作, 它不但可以提高负荷率, 而且可以减少泵气损失和驱动气门机构的损失, 节省燃料效果明显, 这种技术常用于高级轿车。因为这些车为了满足最高车速和加速时间, 发动机功率特别大, 但大部分的行驶情况是发动机低负荷时采用闭缸的技术就可以减少发动工作的气缸数量, 从而达到节油目的。

5.采用超速档设计。

变速箱设计超速档的目的主要是节油, 所以超速档又称为经济档。

6.减轻汽车的整备质量。

其主要途径有用计算机优化设计;充分利用材料的强度, 提高结构的刚度;采用高强度的低合金钢、铝合金、镁合金、塑料、陶瓷和各科纤维强化材料来制造某些零件;改进汽车结构, 简化汽车传运系;采用FF部置 (发动机前置前轮驱动) ;不用装备胎的高可靠性轮胎;单片弹簧悬架;承载式车身;空冷发动机;减小车身尺寸;不随意增加装置等。

7.提高汽车外形流线型程度。

改善外观, 减少活空气阻力系数, 降低空气阻力的功率消耗。

8.采用子午线轮胎。

这种轮胎结构特殊使其滚动阻力系数较普通斜文轮胎小, 而且越是高速差别越大, 节省燃料效果明显。

(二) 从使用技术方面提高燃料经济性

对于一定的车型而言, 一般可通过改善汽车技术状况, 提高驾驶的操作技术水平来降低燃料消耗量, 提高汽车的燃料经济性。

1.保持汽车良好的滑行性能。

滑行性能通常用滑行距离和滑行阻力系数来表示。国标GB3798—83《汽车大修竣工出厂技术条件》中规定:汽车在平直、干燥的硬质路面上空载行驶, 初速度为30km/h滑行距离应不少于220米;使用拉力计检查时, 开始拉动汽车的拉力应不超过车辆自重的1.4% (即不超过0.0147) 。保持汽车良好的滑行性能, 则底盘消耗的功能小, 燃料消耗必然下降, 这就可使汽车保持良好的燃料经济性, 反之, 其传动系齿轮啮合间隙过小, 轴承、油封过紧, 前轮定位失准, 轮胎气压过低, 刹车间隙过小等, 都会使滑行性能下降, 行驶阻力增加, 燃料经济性变弱。

2.保持发动机变好的技术状况。

发动机技术状况良好, 不仅使汽车具有良好的动力性, 同时也使其具有良好的燃料经济性。要定期检查并保持足够高的气缸压缩压力, 若气缸压力不足不仅使发动机动力性下降也使燃烧速度减慢, 致使燃料经济性下降。保持发动机正常工作温度, 80℃～90℃燃料消耗量最低, 转矩和功率最高, 水温过高或过低对发动机燃料消耗都有影响。保持燃料供给系的工作良好, 供给理想的经济混合气。保持点火系的良好技术状况。保证足够的电火花能量。合适的点火时刻, 均有利于提高燃料经济性。

3.提高驾驶技术。

实践证明, 良好的驾驶技术可以大大降低汽车的燃料消耗量, 不同技术水平的驾驶在相同使用条件下驾驶同一类型的汽车, 其燃料消耗量可相差22%～40%。欲降低燃料消耗量, 除合理地起动、预热、起步及行驶中要缓加速, 保持正常的冷却水温, 安全合理地使用制动, 在档位选择及车速上一定要适合。合理采用拖挂运输方式, 提高发动机负荷率, 降低燃料消耗率, 提高燃料经济性。

参考文献

柴油汽车双燃料混合动力和节能减排第2篇

混合动力是指那些采用传统燃料的，同时配以电动机/发动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。按照燃料种类的不同，主要又可以分为汽油混合动力和柴油混合动力两种。目前国内市场上，混合动力车辆的主流都是汽油混合动力，而国际市场上柴油混合动力车型发展也很快。

混合动力汽车的优点是：

1、采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。

2、因为有了电池，可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。

3、在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。

4、有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。

5、可以利用现有的加油站加油，不必再投资。

6、可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。

缺点:长距离高速行驶基本不能省油。

混合喷射液化石油气/柴油双燃料发动机的研究

本文研究了直喷柴油机燃用LPG／柴油混合燃料时的动力性、经济性、排放特性和燃烧特性；研究了混合燃料的喷雾特性，同时对混合燃料发动机的工作过程进行了理论分析。取得的主要成果有： 1．首次在燃油溶气试验的基础上制取LPG／柴油混合燃料。结果表明：该方法切实可行，可以把一定量的LPG与柴油均匀混合。2．首次系统、深入地研究了LPG／柴油混合燃料发动机的动力性能和经济性能，确定了混合燃料的最佳掺混比。结果表明：E10混合燃料发动机的动力性与柴油机相当，E30混合燃料发动机的动力性在低速时与柴油机基本相当，在高速时略有下降。通过旋出油量校正螺钉，增大燃料供给量，可以使E30混合燃料发动机的...柴油机生物柴油-甲醇混合燃料燃烧与排放特性

燃料电池汽车再度升温第3篇

世界燃料电池汽车技术发展大致经历了两个阶段，2005年以前，戴姆勒、福特、丰田、本田等公司完成了以第一代燃料电池为基础的燃料电池汽车开发，通过验证，初步证明燃料电池运用于汽车上是可行的，但是，昂贵的成本(1万美元／kWh)与较短的寿命(2000小时)使得人们对燃料电池产业化的期望有所下降；2005年以后，燃料电池汽车在寿命、成本等关键难点取得了出乎意料的进展，燃料电池汽车技术进入了可喜的第二阶段。

在寿命方面，对燃料电池和系统进行了许多改进和优化，且普遍采用了燃料电池与蓄电池的混合动力系统，使得燃料电池处于较平稳的工作状态，国际燃料电池寿命普遍达到高于5000小时的水平。美国UTC Power开发的燃料电池系统在大巴车上实现了近10000小时的运行寿命，可以初步满足要求。

在成本方面，一方面由小量研制的产品到未来大批量生产的实现，成本会大幅度降低；另一方面，燃料电池中高含量的铂金催化剂成本高，人们正在研发低铂金或非铂金催化剂，并已取得进展。2007年以前，一辆燃料电池汽车需要铂金约100g。现在有望降至每辆车30g。如果采取电池一燃料电池混合动力方式，只需要铂金15g，进一步的目标是朝着3～5g努力。

成本与寿命的突破性进展，增强了对燃料电池汽车产业化的信心。德国戴姆勒公司开发的燃料电池B级车，主要性能已经达到传统内燃机汽车水平，该车计划2014年量产。日本丰田公司所开发燃料电池SUV车计划2015年达到5万美元／辆，并进入到市场导入阶段。日本本田公司的FCX clarity轿车和美国通用公司的Equinox SUV也都在积极进行市场应用准备。

与纯电动汽车比较，燃料电池汽车的重要优点是电源系统能量密度高，同样质量的汽车续驶里程更长。目前国际上燃料电池汽车大都采用70MPa氢罐，储氢约为6kg，每千克氢可释放约19kWh电能，发电量约为110kWh，储氢系统加燃料电池系统质量共约300kg，则电源系统能量密度约为：110kWh÷300Kg=360Wh／kg；而目前车用锂电池系统能量密度低于100Wh／Kg。相比之下，相同质量的燃料电池汽车的续驶能力是目前锂电池电动汽车的三四倍。人们预计，近几年内锂电池单体的比能量只可能提高到150Wh／Kg，系统的比能量达到120Wh／Kg。比能量要想达到200Wh／kg以上，需要更加复杂的安全技术，难度很大。即使达到了，也仍然与燃料电池有差距。

谈如何提高汽车的燃料经济性第4篇

1 燃料经济性的意义及指标

汽车的燃料经济性是指汽车以最小的燃料消耗来完成单位运输工作量的能力。据统计, 在汽车运输成本中, 燃料消耗的费用约占30%~40%, 因此提高汽车燃料的经济性, 可大幅度降低汽车运输成本, 燃料经济性也就成了汽车的重要性能之一。

在汽车的使用说明书中给出的经济指标是指该型汽车在一定条件下 (完好的技术状况、规定载荷、道路条件、车速等) 的平均油耗。对每一辆汽车来说, 由于具体使用条件的不同, 实际油耗与使用说明书给出的指标会有较大的差异。若使用不当会使油耗显著增加;反之, 采用合理的措施, 科学的操作, 节油的潜力也是很大的。

2 影响汽车燃料经济性的因素

影响汽车燃料经济性的因素是多方面的, 仅从汽车驾驶的角度, 就驾驶员的操作技术水平, 有关的运行条件与汽车技术状况方面讨论影响经济性的因素, 从而可以找到提高燃料经济性的途径。

2.1 驾驶技术

(1) 保持正常的发动机水温和机油温度以及传动系各总成的温度。一般情况下对水冷发动机要求水温在80~90℃, 有利降低油耗。水温过高容易引起燃烧不正常, 油耗增加;温度过低冷却损失增加, 机油、齿轮油黏度过高, 机件运动阻力和传动系功率损失增加, 因而使汽车的燃料消耗增加。在我国北方冬季, 要求冷车启动前“预热”、启动后“升温”道理就在这里。

(2) 行驶车速。试验表明:汽车油耗在经济车速时最低, 低速时稍高, 调整时随车速增加而迅速增长。这是因为在低速时, 发动机的负荷率低, 发动机耗油上升;高速行驶时, 汽车行驶阻力尤其空气阻力增大很多, 导致油耗剧增。轿车车速在80 km/h时其空气阻力等于滚动阻力, 即占总阻力的50%, 到100 km/h时空气阻力占总阻力的70%。美国佐尔顿研究中心曾在专用车道上做轿车油耗实验, 结果表明平均车速由90 km/h提高到160 km/h后, 油耗增加一倍。所以, 经济车速是能节省燃油提高汽车燃料经济性的。

(3) 挡位选择。汽车用不同排挡在同一道路条件与车速下行驶, 发动机发出的功率是相同的。挡位越低, 后备功率越大, 发动机处在转速较高、节气门开度不大的情况下工作, 负荷率很低, 则发动机油耗率高;采用调整挡时, 发动机是处于低转速、大节气门开度下工作, 负荷率较高则耗油率低。可见, 在同一道路与车速条件下, 汽车用不同的排挡行驶, 耗油是不一样的。因此, 正确经济的驾驶方法是:高挡行驶的可能性未用尽之前, 不应换低挡。即在保证汽车动力的前提下, 能够用调整挡行驶时, 尽量用调整挡行驶。但应注意节气门开度不应过大, 使汽车以接近于所采用的挡位的经济车速行驶。

(4) 合理正确地利用加速。滑行的驾驶方法、驾驶操作中脚轻手快、起步及行驶中轻缓地加速、敏捷地换挡、安全合理地使用制动等都可以提高汽车的燃油经济性。

2.2 运行条件

气候、地理位置、道路条件等, 对汽车燃油经济性影响很大。如严寒地区或寒冷的冬季行车, 由于启动困难和升温时间较长, 油耗较大。在高原地区行驶的汽车, 由于空气稀薄, 充气量不足, 混合气过浓, 燃料经济性恶化。采用缩小化油器主量孔的办法可以改善燃料经济性。道路条件差, 造成道路阻力增大, 油耗也会增加, 注意正确选用和适时地变换挡位, 适当降低行驶速度, 会节约燃料。

2.3 汽车的技术状况

(1) 发动机的技术状况:良好的气缸、洁净的燃烧室、良好的三滤、油电路工作正常以及保持发动机正常的工作温度等是减少燃油消耗的保证, 尤其电路中的点火系的“真空提前”和油路中的“混合气浓度”对燃料消耗影响很大。

(2) 底盘的技术状况:如何判断底盘的技术状况, 通常通过驾驶人的经验来检查, 滑行距离是一个检定标准。当汽车四轮定位正确, 制动系统正常, 轮胎气压正常, 各相对运动零部件配合间隙正常, 润滑良好, 则底盘的行驶阻力减小, 滑行距离便会增加, 汽车的有效油耗下降, 从而提高了燃料经济性。

(3) 正确调整传动系齿轮传动副的啮合间隙、轴承的油封的紧度以及正常的润滑, 可以大大提高传动系的效率, 节约燃料。

(4) 轮胎气压、轮胎类型对行驶阻力影响也很大, 从而也会影响燃料的经济性。若轮胎气压降低30%, 以40 km/h速度行驶, 轿车的油耗将增加5%~10%, 柴油载货汽车油耗增加20%~25%。轮胎种类也影响着行驶阻力, 如子午线轮胎滚动阻力较斜交轮胎大幅度减小, 与一般斜交轮胎相比可以节能6%~8%。

汽车燃料经济性论文第5篇

20世纪60年代, 为了内燃机的排气净化, 一些国家对低污染的醇类发生兴趣, 开始进行研究。20世纪70年代初, 处于政治原因的“石油危机”使许多国家为了能源安全和平衡外汇, 积极寻找石油的代用能源。在这种力量推动下, 醇燃料作为液体燃料, 其储运、分配、携带、使用都与汽、柴油差不多, 而且其原料资源多, 燃烧干净, 因而受到国际重视。后来随着对大气质量要求提高, 发现醇燃料不仅可以替代汽油, 而且其汽车尾气排放比汽油和柴油都低, 对环境也更有利。因此发展醇燃料的推动力已转为改善大气环境质量。美、德、加、法、日、巴西、瑞典、新西兰等发达国家政府和汽车公司, 都大力推动醇燃料汽车的研究、试验和示范推广。

二、醇类燃料的特点与使用

醇类燃料的主要特点:

1.辛烷值比汽油高, 可采用高压缩比, 提高热效率。但是, 醇类的抗爆性敏感度大, 中、高速时的抗爆性不如低速好。普通汽油与15%～20%的甲醇混合, 辛烷值可达到优质汽油的水平。

2.蒸发潜热大, 使得醇类燃料的汽车冷启动困难和在低温运行时性能恶化。

3.常温下为液体, 操作容易, 携带方便。

4.可燃界限宽, 燃烧速度快, 可以实现稀薄燃烧。

5.与传统的发动机技术有继承性, 特别是使用汽油—醇类混合燃料时, 发动机结构变化不大。

6.热值低。甲醇的热值只有汽油的48%, 乙醇的热值只有汽油的64%。因此, 与燃用汽油相比, 在同等的热效率下, 醇类的燃烧经济性差。

7.沸点底, 蒸汽压高, 容易产生气阻。

8.甲醇有毒, 会刺激眼结膜, 通过呼吸、消化系统和皮肤接触进入人体, 会造成人体中毒。

9.腐蚀性大。醇类具有较强的化学活性, 能腐蚀铝、铅、锰、塑料、合成橡胶等, 而这些材料是用汽油燃料汽车的典型材料。用汽油汽车中如燃油箱、油泵、油泵膜片、化油器、浮子和许多密封件等在甲醇汽车中将迅速损坏。

10.醇混合燃料易分层, 因此, 须加助溶剂。

目前世界上许多国家主要采用甲醇燃料, 还没有在汽车上使用乙醇燃料。这主要是处于经济上的考虑和大量庄稼转化成汽车燃料的副效应。

根据以上情况, 醇类燃料在汽车上的应用主要有三种类型:

掺烧:将醇类以不同的比例掺入汽油中, 作为发动机的燃料燃烧。

纯烧:单纯燃烧醇类燃料。

改质:利用发动机的余热将甲醇改为氢气和一氧化碳, 然后输送到发动机内燃烧。

一般都采用将一定比例的甲醇与汽油混合燃烧。

三、甲醇燃料在汽车上的应用概况

甲醇燃料在汽车上的应用, 许多国家已经过中等规模车队应用阶段。世界各大汽车厂都在积极研究开发, 并示范了许多不同方案的甲醇燃料汽车。低比例燃料的甲醇汽油, 已在美国、意大利、奥地利、瑞典、新西兰、等国家商品化。

从20世纪90年代开始, 由于防止地球温暖化问题的提出, 使得世界各国对甲醇燃料汽车的研制开发兴趣有所下降。然而均质混合气体压缩着火燃烧新概念的提出以及以甲醇为燃料的燃料电池的开发, 可望为甲醇汽车的发展开辟出另一方天地。

甲醇 (CH3OH) 为无色透明液体, 略有臭味, 可与水按任何比例混合, 具有吸水性。甲醇与汽油混合后, 混合物的稳定性随汽油含蜡量增加而下降;随燃料油温度下降而变劣;随含水量增加而下降。因而需用稳定添加剂来保证混合良好。甲醇具有抗爆性能, 辛烷值约为109 (研究法) , 在与汽油掺烧中可起到抗爆作用。甲醇的自燃温度为470℃, 比柴油低, 比汽油高, 属于易燃燃料。

汽油的着火极限为1.4～7.6;甲醇的着火极限为6.7～36。甲醇着火极限的扩大说明甲醇能在较稀的混合气状态下工作, 这一性质使得选择发动机的运转工况有较大的自由度, 对排气净化及降低油耗有利。

甲醇的辛烷值较高。从理论上来说, 它可以提高汽油机的压缩比, 甲醇的低热值比汽油低, 但二者与空气的理论混合气的热值相当。甲醇的燃烧性能良好, 可实现稀混合气的燃烧, 甲醇发动机的热效率比汽油机高, 可获得更好的经济性。与汽油机相比排放物中的CO、HC较低, 但未燃甲醇排放增加。甲醇的汽化潜热是汽油的2～4倍, 而且其饱和蒸汽压和沸点都较低, 使冷启动困难。甲醇有毒, 对某些有色金属有腐蚀作用, 对有些橡胶皮革有溶涨作用, 能使塑料提早老化。

四、醇类燃料在我国的发展前景

甲醇属清洁燃料, 甲醇的主要原料是煤炭。中国是世界上第一煤炭大国, 因而以煤代油开发甲醇燃料意义重大, 燃料甲醇推广应用蓄势待发。

甲醇汽车燃料工业应用研究第6篇

关键词：甲醇汽油,催化剂,替代能源,节能,环保

石油是不可再生能源, 是战略性物资, 是实现一个国家现代化和城市化必不可少的资源。“十一五”期间, 能源问题继续成为制约我国经济发展的瓶颈。2010年我国石油净进口量为2.2亿吨, 对外依存度达到55%。为了避免进口石油的风险摆脱资源约束, 面对高油价的压力, 除了优化资源配置, 扩能增效, 提高产品综合利用外, 研发替代燃料已成为节约资源/能源、保护环境和生态和保障国家能源安全的重要手段。在替代能源领域, 《M20甲醇汽油合成技术》实现了在醇类燃料替代常规汽油能源领域共性技术的重大突破。该成果采用先进的复配工艺, 创造性地给出了甲醇汽车燃料的核心技术———化学催化燃烧技术, 与传统物理掺烧技术相比其突出特点是:采用可溶性过渡金属络合物为催化组元进行液-液均相催化, 在对汽车原机未作任何改动的前提下, 不仅提升了燃料品位同时提高了燃料燃烧的综合性能, 在替代能源领域实现了既符合我国国情又符合市场的真正意义上的可替代性。该技术将配位化学、金属有机化学和燃烧化学有机结合的前端技术, 其工业应用将使甲醇从有机化工原料直接提升至运输燃料, 在拓宽甲醇应用领域、延长产业链、节约资源/能源同时, 为现代石油化工企业改变原料路线/工艺路线、生产符合市场需要的清洁运输燃料提供了新途径。该技术对我国当前运输燃料升级换代和早日与世界车用燃料标准接轨具有双重意义。

1《M20甲醇汽油合成技术》的优越性

由黑龙江省能源环境研究院自主研发的《M20甲醇汽油合成技术》其优越性表现在以下七个方面:

1.1 创造性地给出了催化化学在燃料调合

工艺中的实际应用, 研制的高性能、多效催化剂, 突破了传统催化法中催化剂组分间的配伍性和功效单一的关键技术障碍, 及物理掺烧法在燃烧性能上与高转速发动机匹配性差的缺陷。试用证明, 该剂具有超强的催化性和稳定性。

1.2 采用先进的复配技术研制的高性能、

多效催化剂, 在对汽车发动机系统未作任何改动的前提下, 使用该剂的甲醇汽车燃料进行汽车道路行驶测试, 经监测吸气/供油/燃烧到排放过程, 发动机各个系统均运转正常。试用证明, 采用该剂的甲醇汽车燃料具有良好的燃烧效果, 汽车在行车中所表现出的综合性能与使用常规汽油效果相同。

1.3 采用先进的复配技术研制的高性能、

多效催化剂, 解决了甲醇单位容积发热量低导致低温启动性能和加速性能差的问题。试用证明, 该剂具有提高预混气热值, 低温正常启动与正常急加速的功能。

1.4 采用先进的复配技术, 在甲醇掺兑量达

20%的比例下对汽油仍具有良好的调合性能, 其调合辛烷值超过同标号汽油。试用证明, 使用该剂的甲醇汽车燃料, 发动机的燃烧性能良好、热效率高, 其发动机动力性能与使用常规汽油的效果相同。

1.5 采用先进的复配技术研制的高性能、

多效催化剂, 在抑制油品胶质析出和过氧化物生成的同时, 还具有防锈/缓蚀/防破乳功能, 同时提高了油品的安定性, 延长了燃料储存期。

1.6 采用创新的自溶技术, 克服了甲醇与

汽油掺兑浓度过大时存在的互溶性问题。试用证明, 在低温-28℃、甲醇掺兑量达20%的条件下, 油品仍保持良好的稳定状态。

1.7 采用油品互溶技术, 使甲醇与汽油包

括与乙醇汽油/MTBE等众多汽油调和组分在高比例、大温差条件下均具有良好的互溶性。

2《M20甲醇汽油合成技术》的工业推广应用

M20甲醇汽油是一种集替代、节能、环保于一体的清洁运输燃料。多项技术的突破和创新是提升M20甲醇汽油生命力和市场竞争力的核心, 主要表现在以下三个方面:

第一, 是常规汽油的替代燃料。M20甲醇汽油兼有醇/醚类燃料自身可替代汽油的共性和与汽油调和催化燃烧的特性, 是甲醇汽油在性能上替代常规汽油的关键所在。20世纪80至90年代, 美国/德国/瑞典/巴西等国家就已成功推广应用M10/M15甲醇汽车燃料, 并相继在国内建立了甲醇燃料研发中心和供应网络, 使甲醇汽油直接作为成品油供应市场。面对我国“缺油、少气、富煤”的基本国情, 发展替代能源, 改变原料路线与工艺路线, 已成为国家石油和化工重点工程建设的主流。“十一五”期间, 我国在甲醇燃料生产和应用技术方面, 已经赶上了国际先进水平, 并且在山西等地积累了许多成功经验。《M20甲醇汽油合成技术》经专家鉴定达到国际先进水平, 该成果通过大规模、多群体试用已证实其综合性能完全可以作为常规汽油替代品。据业内专家预计, 随着我国替代能源创新技术的不断提升和产业链的延伸, 甲醇汽车燃料将成为我国日益增长的燃料消费的重要补充。

第二, M20甲醇汽油节能的特点是其推广应用的重要动力。“十一五”期间, 随着甲醇在替代石油燃料领域取得的较大进展, 我国甲醇产量有明显增长, 随着技术的不断创新和工艺装置大型化发展趋势, 一些产能近百万吨级的大型/超大型单套甲醇生产装置正在建设中, 煤液化联醇二轮扩能改造项目纷纷启动, 都为甲醇这一主要的煤基含氧燃料的增产提供了有力的支撑。M20甲醇汽油节能的突出表现在于甲醇原料生产的经济性和与其核心催化技术的关联性。虽然M20甲醇汽油在使用过程中油耗率略高于常规汽油 (2%左右) , 但从煤化工路线出发的甲醇一方面具有合成工艺成熟、加工成本远低于汽油的独特优势, 另一方面, 由于燃料调合组分中的高性能、多效催化剂具有用量少、成本合理和推广应用性强的特点, 尤其是在对汽车原机未作任何改动的前提下, 实现了20%大掺量甲醇与汽油调合技术的跨越, 充分体现了甲醇汽车燃料在节能方面的力度。

第三, 甲醇汽油是环保的清洁运输燃料。进入21世纪以来, 围绕能源和环境两大主题, 世界各国在努力构建可持续发展模式的同时, 所制定的环保措施和环保标准日趋严格。就常规汽油而言, 我国目前执行的车用无铅汽油标准还无法与美国和欧盟清洁汽油标准接轨, 主要是汽油中的苯/硫/稠环芳烃/烯烃含量过高所致, 这不仅加大了炼油企业生产清洁汽油的难度, 增加成本压力, 还会造成有碍人体健康和大气污染等特殊问题。国际能源机构IEA对不同燃料的汽车按同样工况进行排放评估分析显示:甲醇 (掺兑量100%) 与汽油相比, 在常规/非常规排放量的各项参数均低于汽油数倍至数十倍, 甲醇汽车燃料是环境友好的清洁运输燃料。M20甲醇汽油由于采用化学催化燃烧技术明显提高了燃烧的传质效果, 使机内燃烧洁净、机外排气清洁, 尾气有害物排放量明显减少, 具有安全性能和环保性能突出的优越性,

总之, 我国作为发展中国家在面临清洁燃料规格和国际接轨的必然趋势下, 发展清洁运输燃料将有利于拉动经济、促进产业升级和行业的整体竞争力;大力推广应用甲醇燃料这一新型能源将是保障国家石油安全与能源战略的实施和坚持走循环经济之路的优先选择。

参考文献

[1]马伯文.清洁燃料生产技术[M].北京:中国石化出版社, 2001, 2.

[2]2006年中国生物柴油与生物质资源化工利用发展研讨会[J].中国化工信息中心, 2006, 4.

汽车燃料经济性论文第7篇

据世界资源研究所和中国环境监测总站测算, 全球10个大城市污染最严重的城市中, 中国就占了7个, 而汽车尾气污染在所有城市的污染物比例都排在第一位。汽车尾气作为城市污染的第一祸源, 发现并推广应用清洁燃料代替传统高污染的燃料是解决汽车尾气污染排放的重要举措, 也成为必要趋势。清洁燃料LNG低温储存性、环保性、经济性、安全性等方面相比传统汽车燃料柴油等具有一定的优越性, 是目前具有推广价值的低污染燃料。清洁燃料LNG已在天津、深圳、贵阳等城市的公交车上得到广泛的应用, 今后也将向更多城市推广应用, 同时向于重卡车、长途汽车等大力推广应用。

2. 清洁燃料LNG典型特性

相比传统燃料柴油, 清洁燃料LNG具有典型的低温特性, 它是将天然气在常压状态下冷却到零下162℃, 过滤掉了所有杂质冷凝成的一种无色、无味、无毒的低温液体。LNG形成过程中过滤掉了杂质、CO2、硫、水、酸等, 所以LNG是清洁、纯净的。LNG储存在双层结构真空储罐中, 当他遇热后会迅速升温、气化。气化后气体可以燃烧, 可用于天然气发动机的燃料。LNG的燃点为645℃, 相对于柴油的燃点约220℃更安全。

3、清洁燃料LNG与传统燃料柴油的污染物排放对比

在相同的运行条件下, 选用相同10米长两台公交车, 一台为LNG公交车采用国Ⅲ的天然气发动机, 另一台为柴油公交车选用国Ⅲ的柴油发电机, 在同一的路段上进行测试, 可得出两台车的百公里燃料消耗量, 同时检测两台公交车的污染物排放指标。清洁燃料LNG与传统燃料柴油污染物排放进行比较如下表一:

通过上表的测试结果, 采用清洁燃料LNG比传统燃料柴油污染物排放指标比较:

CO一氧化碳下降98.97%;

HC非甲烷碳氢化合物下降83.3%;

NOX氮氧化合物下降30.95%;

无颗粒排放物, 无烟尘排放;

LNG基本不含铅尘、硫化物和苯类有害物, LNG排放明显优于传统燃料柴油。

4、清洁燃料LNG的环保性

根据上述的清洁燃料LNG与传统燃料柴油的污染物排放测试, 以一辆10米长的欧Ⅲ排放标准公交车为例, 通过对比测试, 采用LNG的汽车比使用传统燃料汽车每公里碳排放量减少80克。其他污染物每公里减少11.6克。以每年行驶10万公里计算, 可以综合减排约10吨, 其中, 碳减排量8吨, 其他污染物减排1吨多。

5、清洁燃料LNG经济性

LNG车辆燃料的经济性取决于两个方面:第一, 天然气与柴油的价格差;第二, LNG车辆与同功率的柴油车辆百公里燃料消耗量。以下就两方面数据进行对比分析。

通过比较:采用LNG作为汽车燃料, 燃料成本下降15%-20%, 同时维修保养成本节约10%。

6、清洁燃料LNG动力性

LNG车辆的燃料加注时间很短, 甚至比加油的时间还短, 使用LNG作为燃料的车辆, 其动力性能一点都不比柴油车差。而且, LNG车辆加注一次燃料的续航能力可达到400至500公里, 与汽油、柴油车辆相当。

7、清洁燃料LNG目前应用情况

我国大量引进国外的LNG后, 及国内的各地的LNG液化厂迅速发展, 为LNG车辆的迅猛发展提供资源保障, 由原先的北京、杭州、长沙、呼和浩特等几个示范城市, 迅速向天津、深圳、惠州、中山、珠海、海口、贵阳、山东等几十个城市全面推广应用。政府鼓励支持城市的公交车改造、或新更换的公交车优先选用清洁燃料LNG车辆。

塘沽公交公司率先使用LNG公交车, 采购的330量LNG公交车已全部投入使用, 成为LNG公交车行业先行者和示范者。若以上述排放为例, 330辆LNG公交车可以综合减排约3300吨, 其中, 碳减排量2640吨, 其他污染物减排330吨多。如下图二所示。这些数据直接体现了LNG公交车替代传统燃料柴油等的减排指标。切实地减少大气污染, 改善了人们的生活环境。

8、结束语

在倡导低碳、环保的今天, 采用清洁燃料LNG替代传统燃料柴油等在城市交通领域的示范应用, 其清洁环保效应已经初步显现, 随着城市加注业务的不断拓展, 汽车加注站数量不断增加, 网点布设将会像加油站一样方便。

参考文献

[1]顾安忠, 鲁雪生, 汪荣顺, 等.液化天然气技术[M].北京:机械工业出版社, 275-280.

燃料电池汽车整车热管理方案研究第8篇

燃料电池汽车(简称FCV)是一种用氢气作为新能源的新技术汽车，具有节能、零排放、无污染、效率高、噪声低、可靠性高等优点。燃料电池动力系统(简称FCPS)的热效率一般为35%～42%，而传统的燃油发动机的热效率在30%以下，在产生相同功率的情况下，燃料电池汽车比一般的汽车节能25%左右，可见，FCPS是十分环保与节能的[1,2,3]。

尽管燃料电池发动机(简称FCE)的效率远高于传统发动机，但其散热问题却是一个难题。这是因为传统发动机的散热，15%是通过发动机机体散出，40%通过排气管以尾气形式排放，只有8%的热量通过散热器散出，而FCE则不然。理论上，FCPS的热效率和散热器散热量均为41%，有18%的热量通过尾气排放。但在恶劣工况下，FCPS热效率约为35%，此时仅有3%的热量通过尾气排放，其余62%的热量需要通过散热器散出，而FCE本体一般是对外绝热的。由此可见，FCE的散热量要求远大于内燃机，这对FCV整车的散热系统设计提出了很大的挑战[4,5,6]。因此FCV的热管理也逐渐得到设计者的重视，甚至专门成立了FCV热管理研究部门。

在传统汽车的设计开发过程中，空调冷凝器和发动机散热器没有太大的散热冲突，而FCV则需要解决空调冷凝器、FCE散热器，电机及控制器(简称PCU)散热器的散热冲突问题，使之能够协调工作。

2 FCV热管理系统介绍

2.1 FCE散热器

FCE散热器是专门为FCE散热的，国家863项目中FCE的设计环境温度为40℃，燃料电池冷却水设计进水温度为65℃，出水温度为55℃，设计热负荷为63kW。

由于FCE散热器是通过空气对燃料电池的冷却水进行冷却散热，当环境温度升高时，FCE散热器的散热量会降低，不能满足FCE的设计散热要求，即FCE不能满负荷工作。这时可以通过增加FCE散热器的换热面积或提高换热系数来增加散热量，而提高换热系数的有效方法是增大散热器风量。为此，本项目针对FCE散热器专门设计了高压风扇，在下文中将详细介绍。

2.2 PCU散热器

PCU即动力控制单元，它包括水冷系统控制器、空气系统控制器、空调控制器、驱动电机控制器等。PCU冷却水进口设计温度为81℃，出水温度为70℃，设计热负荷为12kW。

2.3 冷凝器

在本项目中，冷凝器的设计热负荷为9kW。由于FCE散热器进水温度65℃，出水温度55℃，在低风速、环境温度为40℃的条件下，空气经过冷凝器后温度升高为50℃左右，如果冷凝器放置在FCE散热器前，就会提高FCE散热器的进风温度，降低FCE散热器的散热量，进而影响FCE的发电负荷。为此，冷凝器的设计可采取如下方案：

(1)在车架纵梁左边设计一个带独立风扇的冷凝器;

(2)将冷凝器放置在FCE散热器的后面。

由于空间限制，旁置冷凝器的尺寸偏小，而且通风条件恶劣。经试验，旁置冷凝器的散热量最大约5kW左右，不能满足压缩机在1500rpm以上空调制冷要求。为满足空调制冷要求，必须增加冷凝器的散热量，于是考虑采用双冷凝器二级冷却的方案。

2.4 高压风扇

本项目独创性地使用了375V的高压风扇，它由燃料电池直接供电。采用高压风扇有很多优点，首先是风量大，可以满足FCE散热器对风量的要求;其次，燃料电池轿车上有许多低压电器，风扇采用高压可以给其他低压器件让电;而且采用高电压可以开发出大功率风扇电机，电机输入功率达到1600W。

2.5 零部件洁净度要求

在FCV中，所有冷却液流过的零部件(散热器、暖风芯体、管路等)必须满足洁净度的要求，否则会造成FCE中毒，因此，零部件必须进行清洗。另外，零部件所用材料必须为特定的钢、铝合金或非金属材料。

关于洁净度的判定标准，国外定义了一种测量方法，即测量零部件充满测试液体后(去离子水)的电子传导率的方法。这里将该方法描述如下。

试验方法如图1所示。

蓄水池中装有测试液体，通过泵使之流过加热器、温度传感器、被测零部件和流量计，整个试验平台所用材料必须满足前述材料要求。这里，测试液体为去离子水(DI water)，去离子水要完全充满整个被测零部件;流量计测的是流过被测零部件的流量;温度传感器测的是测试液体的温度。

整个试验必须在完全清洁的条件下进行以避免任何外部的污染。环境温度须保持在18℃～27℃之间，湿度不能超过70%，测试液体温度为60±5℃，流量为5±0.25l/min，试验时间须在15min以上。试验之后，立即用电导率仪测量测试液体(60℃)的传导率, 若小于5μs/cm，则满足洁净度要求。

3 整车热管理方案比较分析

3.1 方案一

本节对四种不同的整车热管理设计方案来计算FCE散热器、PCU散热器和空调冷凝器的散热量，并进行对比分析，得出最优的整车热管理系统散热方案。

整车热管理方案一如图2所示，方案中一级冷凝器布置在FCE散热器后面，配有独立的高压风扇进行散热，一级冷凝器安装在车头位置。二级冷凝器自带风扇，布置于车架纵梁右边。PCU散热器自带风扇，布置于车架纵梁左边。

3.2 方案二

方案二如图3所示。此方案中采用两个FCE散热器，分别称为FCE主、副散热器。副散热器布置于主散热器后部靠下位置，上部布置一级冷凝器，有独立的高压风扇，FCE主、副散热器和一级冷凝器安装于车头。二级冷凝器自带风扇，布置于车架纵梁右边，PCU散热器自带风扇，布置于车架纵梁左边。

3.3 方案三

方案三如图4所示。此方案中，FCE副散热器布置于主散热器后面，带有独立高压风扇，FCE主、副散热器安装于车头。PCU散热器自带风扇，布置于车架纵梁右边，本方案只有一个冷凝器，布置于车架纵梁左边，自带风扇。

3.4 方案四

方案四如图5所示。此方案中，PCU散热器布置在燃料电池散热器后部靠下位置，上部是一级冷凝器，带有独立高压风扇，FCE主、副散热器和一级冷凝器安装于车头，FCE副散热器自带风扇，布置于车架纵梁右边，二级冷凝器自带风扇，布置于车架纵梁左边。

3.5 方案比较

通过对以上四种设计方案中FCE散热器、PCU散热器和冷凝器的散热量进行计算，比较不同方案各个散热器的散热量是否满足设计要求。

图6给出了上述四个方案中FCE散热器在三种不同车速情况下(0km/h、70km/h和150km/h)的散热量。从四个方案的计算结果来看，在不同的车速时，方案四中FCE散热量明显优于其他三个方案。

图7给出了四个方案中PCU散热器的散热量随车速变化的柱状图。从计算结果来看，方案一、二和三的FCE的散热量略优于方案四，但四个方案中PCU散热器的散热量均达到了设计要求。

图8给出了四个方案中冷凝器的散热量随车速变化的柱状图。从图中可以看出，方案一中冷凝器的散热量最大、方案二、四的散热量优于方案三。从计算结果来看，方案一、二和四的冷凝器散热量均达到了设计要求。

由于燃料电池汽车中FCE的散热是整车散热最重要的地方，它关系到整车的性能，因此它的散热要求是优先考虑的因素。通过对以上四个方案中各个散热器散热量的比较，方案四中FCE散热性能是最好的。虽然方案四中PCU和冷凝器的散热性能并不是四个方案中最好的，但是它们的散热量已经满足了设计的散热量要求。因此，对各种结果综合考虑和比较后，本项目最终选择方案四作为FCV的热管理方案。

4 热管理控制策略

燃料电池汽车的电器控制目前都采用控制器局域网(CAN)技术，其中热管理控制策略是整车控制重要的一部分。参与热管理的控制器主要包括：整车管理控制器(VMS)、FCE管理控制器(EMS)、冷却风扇控制器、空调压缩机控制器、空调控制器、水冷系统控制器等。

燃料电池汽车的散热量较大，而热管理控制策略则可以使整车的散热分配更加合理，当FCE散热器散热困难的时候，VMS和EMS会适时控制空调压缩机控制器并暂停空调的运行，与此同时，水冷系统控制器会得到通讯指令提高冷却水流量，冷却风扇控制器会得到通讯指令提高风扇风量，从而确保FCE散热器的散热量满足动力需求。

冷却风扇控制器对冷却风扇进行控制，使冷却风扇在不同的转速下运行。冷却风扇同时肩负FCE散热器、PCU散热器和空调冷凝器的冷却，当来自不同系统的风扇转速要求产生矛盾时，将选用较高的风扇转速。当空调压缩机开启的要求被接受后，如果冷却风扇还没有开启，则VMS能够检测到空调压缩机开启的信号，向冷却风扇控制器发送信号，使冷却风扇低速运转，以确保适当的冷却能力。如果制冷剂系统内的压力增加到一个需要更大的冷却能力的值时，电控系统则会根据读取的压力传感器(中压信号1.7MPar)相应的信息，来提高冷却风扇的转速。

5 结论

本文首先对燃料电池汽车热管理在整车开发中的重要性及热管理基本内容进行介绍，然后对国家863项目中燃料电池汽车几种不同的热管理设计方案进行了分析，计算出不同设计结构下FCE散热器、PCU散热器和冷凝器的散热量，并进行了研究和比较，得到了最优的热管理系统散热方案。同时简单介绍了整车热管理控制策略。研究结果对燃料电池汽车整车热管理系统的设计具有重要参考价值。

参考文献

[1]蒋光福.汽车发动机舱散热特性研究[J].汽车科技, 2006 (5) :18-23.

[2]赵家宏, 潘宏斌, 葛建生.混合电动汽车用氢镍电池热控制技术研究[J].电池工业, 2005, 10 (6) :332-335.

[3]付正阳, 林成涛, 陈全世.电动汽车电池组热管理系统的关键技术[J].公路交通科技, 2005, 22 (3) :119-123.

[4]张舟云, 徐国卿, 沈祥林.用于电动汽车的电机和驱动器一体化冷却系统[J].同济大学学报, 2005, 33 (10) :1367-1371.

[5]张敏.汽车散热器的设计及其发展[J].2002 (3) :19-20.

[6]唐永华, 颜伏伍, 侯献军, 李小毅.燃料电池发动机水热管理系统设计研究[J].华东电力, 2005, 33 (4) :25-28.

汽车燃料经济性论文第9篇

汽车产业经过上百年的发展历程, 已经在全世界形成十分完整的产业链。因石油能源危机和大气环境污染危机, 人类才警醒而启动新能源汽车的研发工作。纵观近20年来世界新能源汽车的发展现状, 迄今为止, 尚没有一种让汽车业界和消费者共同满意的新能源汽车技术和产品。主要问题是:甲醇燃料电池动力汽车研制工作进展缓慢, 尚未达到工程化水平;纯电动汽车和储氢能源汽车, 均存在污染排放转移、续航里程过小、需到处建充电站或加氢站等问题。

从能态学角度发展新能源汽车

从能态学的观点看, 汽车产业经过上百年的发展, 已经成为人类物质文明所不可或缺的组成部分, 其蕴含的不仅仅是汽车产业市场规律, 更重要的是其赖以生存和发展的汽车产业生态规律。其中, 包括人类潜在的用车习惯、完善的汽车售后服务体系、无处不在的燃油供应网络, 为用车提供了便捷可靠的服务保障。但是, 目前全世界已经推出的各类新能源汽车, 均不能直接继承现有的汽车产业生态环境而必须重建, 将导致许多社会问题。具体表现在:

一、纯电动汽车不能根本解决污染问题, 还将带来一系列社会发展问题。

纯电动汽车即使解决了续航里程小的问题, 短时期内也难以解决到处建充电站的问题。同时, 由于纯电动汽车蓄电池寿命周期比车总体短, 车辆从购买到报废, 需要更换3~4次蓄电池。这些都注定纯电动汽车的受众不可能大, 难以成为世界未来的主流汽车。

纯电动汽车最本质的问题是, 其所用电能是已经造成环境污染后产生的, 是经过污染转移后的“零排放”, 而且所用蓄电池报废后, 还存在污染环境的问题。因此, 纯电动汽车并非名副其实的清洁能源汽车。

二、氢燃料电池汽车先天不足, 无法成为未来主流汽车。

储氢燃料电池汽车主要受制于车辆一次的氢气携带量, 还与纯电动汽车一样存在续航里程短和需要到处建加氢站的问题。由于氢气属于易燃易爆物质, 其储存和使用均有严格的防爆安全要求, 因此, 建加氢站的投资将比建充电站要大得多。由此种种都注定该种汽车也不可能成为世界未来的主流汽车。

由于纯电动汽车和储氢燃料电池汽车均存在各种先天不足, 目前, 发达国家均减缓了发展势头, 并转向甲醇燃料电池动力技术的开发工作。

发展新能源汽车是一项非常复杂的系统工程, 应按照能态学的创新思维方法, 首先明确发展新能源汽车需要解决的问题是什么, 其次是通过研究论证, 找出解决问题的技术路线与方法, 第三是将其上升至国家可持续发展的战略高度, 从政策上大力扶持, 目标明确地整合各种资源并为之奋斗, 才能真正走出一条中国自主创新的新能源汽车发展之路。

甲醇燃料电池动力汽车到底是什么?

甲醇燃料电池动力技术, 是将甲醇与水混合后重整制氢, 供燃料电池发电, 由电力驱动汽车行驶。甲醇重整制氢和燃料电池发电过程均不产生PM2.5。醇水重整制氢的排放物是二氧化碳, 燃料电池的排放物是水。采用能量回收技术, 能源利用率是内燃机的两倍, 在汽车携带等量甲醇和燃油的条件下, 二者续航里程相当, 而甲醇的价格仅为燃油的三分之一左右。

甲醇燃料电池和蓄电池组合成汽车的动力电源。整个系统由甲醇重整制氢分系统、燃料电池分系统、综合管理控制分系统和蓄电池组组成。其中, 蓄电池属于辅助电力, 只需要几度电力容量即可, 而且蓄电池浅充浅放, 寿命长。该系统中除车载甲醇重整制氢设备外, 其他都是商业化成熟技术。

甲醇燃料电池动力汽车的优势主要有以下几个方面:

1. 可以完全继承传统汽车燃料供应体系

甲醇在常温常压下是液体, 由于其热值比燃油低, 防爆安全程度比燃油高, 储存和运输可以完全继承原有汽车燃料供应体系, 无需重建。而汽车将原有油箱改为甲醇箱即可。

2. 无PM2.5尾气排放

甲醇燃料电池动力系统运行排放的尾气经汽水分离, 将气体返回甲醇重整器中, 尾气中各种残留的可燃性气体 (包括氮氧化物) , 在过氧环境下, 被氧化催化剂彻底氧化成二氧化碳和水汽排出。因此, 从甲醇转化成电力到排出尾气的全过程中, 没有PM2.5产生的环境和机会。

3. 二氧化碳排放量小

根据我国能源电力系统火力发电二氧化碳排放量统计算平均值, 甲醇重整制氢时的二氧化碳排放量, 是纯电动车 (相对于火力发电) 和汽油车的二分之一。但是, 由于甲醇生产过程要吸收等量二氧化碳, 从本质看, 它的使用对自然生态没有任何改变。

4. 续航里程和传统汽车相当

按甲醇和汽油的等热值计算, 同等车载体积, 汽油的有效热功率为33%。而甲醇重整的氢气转化效率在80~90% (扣除系统热损失) , 燃料电池的热效率可达60%, 两者综合热效率可以达到48~54%。而燃料电池的热效率还存在很大的提升空间。

在城市路况下内燃机的实际效率会更低, 但甲醇燃料电池汽车以电力驱动, 实际热效率不受影响, 再采用制动功率回收技术, 最高可回收电力38%, 续航里程应大于汽油车。

5. 成本低于现有各种新能源汽车动力系统

燃料电池生产成本如同IT产品, 在形成批量之后会大幅下降, 甲醇重整器所用的催化剂没有贵金属, 制造成本有限。甲醇重整产生的氢气需要提纯和去除一氧化碳, 选择不用贵金属钯膜技术, 而采用成熟的选择性一氧化碳氧化催化剂和氢回收膜技术相组合方案, 比钯膜提纯成本低的多, 但系统工作更可靠。

另外, 甲醇燃料电池动力采用电-电混合动力, 和纯电动汽车相比蓄电池用量很少;和纯氢燃料电池汽车相比, 其峰值功率由蓄电池提供, 燃料电池功率可以减少三分之二, 系统配置成本自然低很多;和油电混合动力汽车相比, 形成批量后生产成本相当, 但可以解决环保问题。

6. 甲醇是绿色能源且价格低

二氧化碳与氢气合成为甲醇和水, 不存在污染排放问题, 其制备过程还可以固化大气中的二氧化碳, 从重整制氢到变成电力的全过程, 也不存在污染排放问题, 说明甲醇是真正的绿色清洁能源。同时, 甲醇的生产和使用, 又是二氧化碳、水、氢气和氧气的循环往复过程, 总体看对自然生态平衡没有破坏和影响。因此, 将石化能源转化为甲醇并重整制氢, 再通过燃料电池变成电能, 用于人类的社会活动, 是根治大气环境污染、实现社会经济可持续发展的科学之路。

目前, 甲醇价格是汽油的三分之一左右, 和传统汽车相比较, 在燃料消费同等的情况下, 用户可以获得3倍的行驶里程。或者说与汽油车行驶相同的里程, 所花费用却仅为其三分之一。如此大的竞争优势, 无疑会使甲醇燃料电池动力汽车, 成为人们争相购买的主流汽车。

甲醇燃料电池动力关键技术已获重大突破

目前, 我国燃料电池技术已基本成熟, 主要性能指标已经达到或超过国际先进水平, 具备了工程应用的基本技术条件。

甲醇重整制氢是大型化工行业非常成熟的工艺技术, 但是, 将制氢设备小型化和微型化需要攻克许多技术难题。主要包括:重整制氢系统稳定运行控制难、氢气去除一氧化碳提纯难及系统冷启动周期长。发达国家为此开展技术研究20年至今未达到工程应用水平。

目前, 我国甲醇重整制氢设备微型化技术已获得重大突破:

1.恒温式甲醇重整制氢技术

这是一项能够确保甲醇重整制氢系统稳定运行的关键技术。和大型工业装置不同的是, 所用控制恒温反应的热媒介质, 是无味、无毒和无害的配制型热媒物质, 完全满足民用产品的使用标准。通过合理的工艺流程设计, 将三种催化剂的最佳工艺温度, 均控制在相变热交换的条件下, 确保所有化学反应均在恒温条件下进行。方法是将系统内部压力和甲醇输送泵及冷风扇转速形成闭环控制, 使全系统处于十分稳定的工作状态。该项技术已申报国家发明专利。

2.一氧化碳选择性催化氧化技术

重整气中氢气含量大于70%, 而一氧化碳含量为1~2%, 氢气和一氧化碳都属于高还原性气体, 要求催化剂在高富氢环境下, 通过微量氧气的介入, 高选择性脱除一氧化碳到1ppm以下, 还要使氢气不受损失。这类催化剂的最佳反应温度控制窗口很窄, 采用带相变化的蒸发冷却控制技术, 才能保证一氧化碳脱除反应的稳定性。其中, 催化剂和相变冷媒配伍的技术难度非常大。目前, 可直接利用醇水蒸发做相变冷媒的高选择性一氧化碳氧化催化剂已开发成功。

3.富氢尾气回收技术

氢气中的一氧化碳被净化到1ppm以下, 就可以满足氢燃料电池发电使用, 但燃料电池排出的尾气中, 还有部分氢气可以回收利用。微型化的膜法回收尾氢技术可以使回收率达到70~80%, 使整个发电系统的甲醇热效率非常高。

4.无油涡旋膨胀压缩机技术

利用无油涡旋膨胀压缩机技术, 使供燃料电池的空气经压缩端得到净化和增压, 可提高燃料电池的发电效率。同时, 空气尾气和氢气尾气混合后经催化燃烧器回收余热, 再经膨胀端进行热功回收, 减少空气增压功率消耗, 使全系统净发电输出得到大幅提升。

5.电-电联合冷启动技术

这是甲醇燃料电池与蓄电池组配套使用的技术。在正常行驶情况下, 由燃料电池动力驱动汽车行驶, 并将多余电能供蓄电池充电。在有急事需要马上出发时, 也可以先用蓄电池组独立供电驱动汽车行驶, 而待甲醇氢燃料电池系统预热好, 再转为正常行驶工况。该技术方案可以解决冷启动时间过长的问题。

以上关键技术的突破, 使中国在甲醇重整移动制氢技术上, 已经处于世界领先地位。目前, 已经应用以上技术成果, 完成5k W实验室原理样机的研制。经运行试验, 工作非常稳定, 各项性能指标均达到设计要求。现在正在进行5k W装车试验样机的设计加工。

以上说明, 甲醇重整制氢设备微型化的技术路线已经走通, 开展甲醇燃料电池动力汽车研制工作, 已经没有不可逾越的技术障碍。

甲醇燃料电池动力汽车带动新能源汽车跨越式发展

发展甲醇燃料电池动力汽车从四方面体现其必要性:

一是我国实现绿色交通目标的基本需要。

二是汽车移动制氢设备微型化关键技术已经突破, 技术路线已经走通, 已经具备开展甲醇燃料电池动力汽车研制工作的基本条件。