1、授課題目 章、節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與維修授課類(lèi)型理論授課時(shí)間4學(xué)時(shí)教學(xué)目的及要求1. 了解轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理2. 燃?xì)鉁u輪機(jī)工作原理3. 混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理4. 待用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理重點(diǎn)難點(diǎn)1. 轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)2. 燃?xì)鉁u輪機(jī)結(jié)構(gòu)3. 混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)4. 待用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)教學(xué)方法 及手段理論講授法、啟發(fā)式教學(xué)法、結(jié)合教學(xué)掛圖、powerpoi nt演示、圖片展示、小動(dòng)畫(huà)教 學(xué) 過(guò) 程 設(shè) 計(jì)教學(xué)步驟：1、組織教學(xué)2、填寫(xiě)教學(xué)日志3、復(fù)習(xí)提問(wèn)、引出本講教學(xué)內(nèi)容4、新課講解5、穿插提問(wèn)6、歸納總結(jié)7、布置作業(yè) 教學(xué)內(nèi)容：1轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理與構(gòu)造2燃?xì)鉁u輪機(jī)工作原理與構(gòu)造3混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)

2、機(jī)工作原理與構(gòu)造4待用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理與構(gòu)造備注作業(yè)及思 考題1、談?wù)勣D(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理？2. 燃?xì)鉁u輪機(jī)工作原理？3、談?wù)勣D(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)使用的局限性？4. 燃?xì)鉁u輪機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)？A理論教學(xué)內(nèi)容和過(guò)程:新型燃料發(fā)動(dòng)機(jī)一、概述從世界社會(huì)經(jīng)濟(jì)開(kāi)展的歷史和現(xiàn)狀看， 能源問(wèn)題是社會(huì)經(jīng)濟(jì)開(kāi)展中一個(gè)具有 戰(zhàn)略意義的問(wèn)題。能源的消耗水平，是衡量一個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)開(kāi)展和人民生活水 平的重要標(biāo)志。而世界石油資源的有限和生態(tài)環(huán)境保護(hù)那么是21世紀(jì)人類(lèi)社會(huì)所面臨的主要問(wèn)題，因此，面對(duì)能源危機(jī)，許多國(guó)家都在下大力氣研究和開(kāi)發(fā)利用 “綠色能源的新技術(shù)、新工藝，并且取得了相當(dāng)可觀的成果。開(kāi)發(fā)可再生的“綠 色能源將是21世紀(jì)解決

3、能源危機(jī)的重要途徑。汽車(chē)工業(yè)的開(kāi)展離不開(kāi)燃料的供給， 而目前仍以傳統(tǒng)的石油能源為主的汽車(chē) 也正在逐步受到挑戰(zhàn)。因而汽車(chē)新能源和代用燃料的研究方興未艾， 根據(jù)能源技 術(shù)研究的現(xiàn)狀，汽車(chē)采用電能、太陽(yáng)能以及氫能等新能源和其它代用燃料在未來(lái) 將成為可能。汽車(chē)推廣使用新型能源直接的作用是可減少對(duì)傳統(tǒng)能源的消耗，同時(shí)對(duì)環(huán)境保護(hù)也有促進(jìn)作用。汽車(chē)用新能源和代用燃料的種類(lèi)有很多， 有氣體燃 料、含氧燃料、再生能源和電動(dòng)汽車(chē)等。但在目前階段氣體燃料包括天然氣、 液化石油氣和電動(dòng)汽車(chē)那么是技術(shù)比擬成熟和易于推廣應(yīng)用的。二、燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)是指發(fā)動(dòng)機(jī)以氣體作燃料。燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)多用作汽車(chē)上，所以，一 般將燃?xì)獍l(fā)動(dòng)

4、機(jī)和燃?xì)馄?chē)等同而語(yǔ)。目前， 氣體燃料汽車(chē)主要有：天然氣和液 化石油氣、氫氣。一天然氣和液化石油氣發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)使用的燃料不同、燃料的使用形態(tài)及使用方法的不同，天然氣和液化石 油氣發(fā)動(dòng)機(jī)可按圖25所示分類(lèi)。液化天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)LNG吸附天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)ANG3-6MPa下將天然氣吸附在裝有固體吸附劑單燃料:氣發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)儲(chǔ)存器中供給發(fā)動(dòng)機(jī)作燃料壓縮天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)CNG液化石油氣發(fā) 動(dòng)機(jī)。動(dòng)機(jī)PG圖25天然氣和液化石油氣發(fā)動(dòng)機(jī)的分類(lèi)壓縮天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)CNG :將車(chē)用天然氣壓縮至20MP充裝于壓縮天然氣 儲(chǔ)氣瓶中，經(jīng)減壓器減壓后供給發(fā)動(dòng)機(jī)作燃燒。液化天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)LNG :將天然氣在-162 C低溫液化后，儲(chǔ)存于液化天

5、 然氣氣罐中，經(jīng)汽化后供給發(fā)動(dòng)機(jī)作燃料。一.液化石油氣發(fā)動(dòng)機(jī)LPG單燃料燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)：指發(fā)動(dòng)機(jī)僅使用天然氣或液化石油氣作燃料，不再使用 其它燃油或代用燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)。兩用燃料燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)：一般指有油、氣兩種燃料的兩套燃料供給系統(tǒng)，使用 中可以在兩種燃料之間進(jìn)行靈活切換的發(fā)動(dòng)機(jī)。但油、氣兩種燃料分別燃燒，不燃用能同時(shí)使用。雙燃料燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)：是指燃用CNG或 LPG與柴油混合燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)或LPG為主燃料，柴油起引燃作用1. CN汽油兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)圖26所示為CNG汽油兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的供給系統(tǒng)原理。儲(chǔ)氣系統(tǒng)主要由充 氣閥17、高壓截止閥2、天然氣儲(chǔ)氣瓶1、高壓管線(xiàn)、高壓接頭、壓力表、壓力 傳感器及儲(chǔ)氣量顯

6、示器等組成。充氣閥實(shí)際是一個(gè)單向截止閥，它可與天然氣壓 縮氣站的充氣槍對(duì)接，為儲(chǔ)氣瓶充氣。圖26 CNG-汽油兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供給系統(tǒng)原理圖1-高壓氣瓶2-高壓截止閥3-壓力表 4-電磁閥5-減壓閥6-顯示器 7-混合器8-空氣濾清器9-壓力傳感器 10-化油器汽油電磁閥12-汽油泵13-斷電器14-點(diǎn)火線(xiàn)圈15-點(diǎn)火時(shí)間轉(zhuǎn)換器16-油氣轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)17-充氣閥供給系統(tǒng)主要由高壓電磁閥4、三級(jí)組合式減壓閥5和混合器7等組成。當(dāng) 以天然氣作燃料時(shí)，電磁閥4導(dǎo)通，天然氣經(jīng)減壓后通過(guò)混合器與空氣混合后進(jìn) 入氣缸。壓縮天然氣由額定進(jìn)氣壓力 20MPs減為負(fù)壓，其真空度為4969kPa。 減壓閥與混合器配

7、合可滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況下混合氣濃度的要求。控制系統(tǒng)主要是由三位油氣轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) 16、點(diǎn)火時(shí)間轉(zhuǎn)換器15和汽油電磁閥 11等組成。油氣轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、天然氣電磁閥和汽油電磁閥共同構(gòu)成了燃料轉(zhuǎn)換的 控制。油氣轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)決定兩個(gè)電磁閥的通斷， 決定發(fā)動(dòng)機(jī)以汽油或天然氣為燃料 運(yùn)行。點(diǎn)火時(shí)間轉(zhuǎn)換器由電路系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換兩種燃料時(shí)不同的點(diǎn)火提前角。2. CNG柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)CN(柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)是以壓燃少量噴入氣缸內(nèi)的柴油作為引燃燃料，天 然氣作為主要燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)。天然氣通過(guò)混合器與空氣混合進(jìn)入氣缸，形成比擬 均勻的混合氣，在壓縮沖程的活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，被壓燃的柴油點(diǎn)燃。而用于引燃的柴油壓燃著火與在柴油機(jī)中的情形類(lèi)

8、似。圖27所示為采用預(yù)混合壓燃式機(jī)械控制方式的 CN(柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)系 統(tǒng)。該系統(tǒng)由天然氣儲(chǔ)存系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制保護(hù)系統(tǒng)、燃料供給和調(diào)節(jié)、柴油供 給四個(gè)系統(tǒng)組成。圖27 機(jī)械控制混合器式CN柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造原理1-儲(chǔ)氣瓶 2-壓力表3-咼壓輸氣管路 4-儲(chǔ)氣瓶充氣閥 5-儲(chǔ)氣瓶供氣閥 6-天然氣加熱器7-高壓減壓閥 8-天然氣中壓管路報(bào)警裝置 9-中壓管段限壓閥10-天然氣過(guò)濾器及開(kāi)關(guān)閥天然氣低壓供氣管12-天然氣供氣量控制閥13-混合器 14-低壓減壓閥15-高壓油泵供油量限位器16-燃料轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)17-發(fā)動(dòng)機(jī)18-高壓油泵天然氣儲(chǔ)存系統(tǒng)由天然氣氣瓶 1、壓力表2和充氣閥4等組成。此外，

9、為了 防止高壓減壓閥失常造成中壓管路壓力超過(guò)允許值或壓力過(guò)低而使后端系統(tǒng)元 器件損壞、中壓管路斷裂或供氣不正常，還設(shè)置了限壓閥9和中壓管路壓力不足報(bào)警裝置&燃料供給和調(diào)節(jié)系統(tǒng)由高壓減壓閥 7、低壓減壓閥14、天然氣過(guò)濾器及開(kāi) 關(guān)閥10、天然氣供氣量控制閥12、混合器13,以及天然氣加熱器6等組成。 天然氣加熱器的作用是防止輸氣管路及其它零件凍結(jié)而造成系統(tǒng)不能正常工 作，由于在天然氣減壓過(guò)程中要吸收大量的熱而使溫度大幅度降低，所以用發(fā) 動(dòng)機(jī)的冷卻水提供熱源加熱天然氣。柴油供給系統(tǒng)與柴油機(jī)相同。發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)包括天然氣供給控制閥門(mén)的傳動(dòng)裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)從燃用柴油 轉(zhuǎn)換為燃用雙燃料工況的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

10、，發(fā)動(dòng)機(jī)不工作時(shí)，排除兩種燃料同時(shí)供給 發(fā)動(dòng)機(jī)可能性的天然氣供給閉鎖裝置，當(dāng)天然氣氣瓶壓力缺乏時(shí)能自動(dòng)轉(zhuǎn)換發(fā) 動(dòng)機(jī)燃用柴油的自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置。發(fā)動(dòng)機(jī)處于雙燃料工作狀態(tài)時(shí)儲(chǔ)氣瓶供氣閥5翻開(kāi),氣瓶中的天然氣經(jīng)過(guò)加熱器6進(jìn)入高壓減壓閥7使其壓力降低到11.2MPa,天然氣經(jīng)中壓管路報(bào)警裝置8進(jìn)入中壓段限壓閥9,經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾后進(jìn)入低壓減壓閥 14再次減壓后， 經(jīng)由駕駛員操作控制的天然氣供氣量控制閥12進(jìn)入混合器13,在混合器中天然氣與空氣進(jìn)行預(yù)混合，然后由進(jìn)氣道進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)。由于雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的工作 過(guò)程中的主燃料天然氣是由柴油著火引燃，那么發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)除了要有天然氣 供氣系統(tǒng)參加工作外，柴油供油系統(tǒng)也要參

11、與工作，供給發(fā)動(dòng)機(jī)一定量的引燃 柴油。弓I燃柴油的量由安裝在高壓油泵上的供油量限位器15控制，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的上下由駕駛員操縱油門(mén)踏板控制天然氣的供給量來(lái)適應(yīng)。當(dāng)天然氣氣瓶中天然氣的壓力低于1MPa時(shí)，系統(tǒng)工作難以進(jìn)行，就需要加氣。由加氣站提供的2025MPa壓縮天然氣通過(guò)氣瓶的加氣嘴和氣瓶充氣閥4注入氣瓶。3. LPG-汽油兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)圖28所示為L(zhǎng)PG-汽油兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)供給系統(tǒng)，它與傳統(tǒng)汽油機(jī)的區(qū)別是 增加一套LPG燃料供給系統(tǒng)。LPG燃料供給系統(tǒng)主要由儲(chǔ)存液化石油氣的液罐 1、 蒸發(fā)減壓閥15、混合器9、電磁閥7和控制系統(tǒng)等組成。圖28 LPG-汽油兩用燃料供給系統(tǒng)1-LPG儲(chǔ)液罐2-充

12、液閥3-出口閥4-液位計(jì)5-LPG/汽油轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) 6-濾清器7-LPG電磁閥 8-汽油電磁閥9-混合器10-化油器 輸油泵12-冷卻水管13-排氣閥 14-點(diǎn)火開(kāi)關(guān) 15-蒸發(fā)減壓閥16-高壓管路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)5、電磁閥7和8控制液化石油氣和汽油的轉(zhuǎn)換。當(dāng)使用 LPG作燃 料時(shí)，液態(tài)的LPG靠自身的蒸汽壓力被壓出儲(chǔ)液罐，經(jīng)過(guò)濾清器 6過(guò)濾后進(jìn)入 蒸發(fā)減壓閥15,在蒸發(fā)減壓閥內(nèi)被降壓、汽化、調(diào)壓，從而變成氣態(tài)，再在混 合器9內(nèi)與空氣混合后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)。由于 LPG的汽化過(guò)程是吸熱過(guò)程，所以引 發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水對(duì)蒸發(fā)減壓閥加熱。二氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)氫是一種非常優(yōu)秀的發(fā)動(dòng)機(jī)燃料。氫無(wú)毒、無(wú)腐蝕性，來(lái)源于自然界，它不

13、 會(huì)損害環(huán)境和公眾的健康，一旦泄漏，由于自身輕，很快就會(huì)在空氣中消散。氫 氣作為發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料主要優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量熱值高，著火界限較寬，燃燒平穩(wěn)，燃燒后的產(chǎn)物只有水、NO,沒(méi)有CO CQ HC碳煙、硫化物等，是一種最清潔的燃料。氫氣作發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的方法有使用純氫、氫氣與其它燃料混合使用、燃料電池開(kāi)展氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)的研究者有美國(guó)的邁阿密大學(xué)、俄克拉何馬大學(xué)、康奈爾大 學(xué)，日本的京都大學(xué)、武藏大學(xué)及日本汽車(chē)研究所，德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)和奔馳公 司等。傳統(tǒng)的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)是沿用汽油機(jī)的工作方式，在進(jìn)氣管上加裝混合器，氫氣 經(jīng)預(yù)混合后進(jìn)入氣缸，均質(zhì)火花點(diǎn)燃， 或采用進(jìn)氣管或氣門(mén)中噴射。采用這種方 式的有德國(guó)的亞琛工業(yè)大學(xué)、

14、美國(guó)的邁阿密大學(xué)、日本的武藏大學(xué)等。圖29所示為邁阿密大學(xué)開(kāi)發(fā)的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供給系統(tǒng)。該發(fā)動(dòng)機(jī)是為了 解決氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)的第一大難題回火 而設(shè)計(jì)的，氫氣只有當(dāng)進(jìn)氣門(mén)翻開(kāi)時(shí)才被 吸入燃燒室，這樣可防止氫氣和空氣預(yù)先混合好后吸入氣缸時(shí)向進(jìn)氣管回火問(wèn) 題。但由于空氣的充量過(guò)低，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率缺乏是一問(wèn)題。圖29邁阿密大學(xué)開(kāi)發(fā)的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖圖30所示為德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)。為了防止進(jìn)氣管回火， 在進(jìn)氣門(mén)的背后安裝了一個(gè)噴冷空氣的噴氣管，用于冷卻進(jìn)氣門(mén)。進(jìn)氣管供給的那么是氫氣和空氣的混合氣。圖30 亞琛工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)的氫氣發(fā)動(dòng)示意圖為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，美國(guó)的俄克拉何馬大學(xué)、康奈爾大學(xué)采用了

15、氫缸 內(nèi)氣態(tài)或液態(tài)直接噴射技術(shù)。圖 31為俄克拉何馬大學(xué)研制的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā) 動(dòng)機(jī)的氫氣是直接噴到氣缸內(nèi)的，其排量為136ml，壓縮比為6.5 ： 1。為了使氫氣與空氣盡快混合好，采用了多孔噴射裝置，氫氣噴射壓力為1.27 MPa圖31俄克拉何馬大學(xué)研制的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖1-燃燒室 2-噴射孔 3-火花塞圖32為康奈爾大學(xué)開(kāi)發(fā)的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)，它采用了高壓氫氣噴射裝置。該裝 置安裝在CFR可變壓縮比的試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)上，但所測(cè)得的功率和熱效率尚不理想, 與實(shí)際的應(yīng)用還有較大的距離。圖32康奈爾大學(xué)開(kāi)發(fā)的氫氣發(fā)動(dòng)示意圖1-壓縮比調(diào)節(jié)插塞2-火花塞3-壓力傳感器4-燃燒室5-噴射器6-活塞上述的都是純氫氣

16、發(fā)動(dòng)機(jī)，由于氫氣的點(diǎn)火能量需求小，火焰的傳播速度快， 可以將氫氣與汽油、天然氣或液化石油氣等燃料以一定的比例混合參與發(fā)動(dòng)機(jī)燃 燒，即氫氣混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。國(guó)內(nèi)外許多大學(xué)都曾進(jìn)行了這方面的研究， 如吉林 工業(yè)大學(xué)在汽油機(jī)上摻氫，美國(guó)加州大學(xué)將天然氣與氫氣混合等，以求降低發(fā)動(dòng) 機(jī)的排放，改善經(jīng)濟(jì)性。三、燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)一燃料電池的優(yōu)缺點(diǎn)燃料電池是一種將氫和氧的化學(xué)能通過(guò)電極反響直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。它以其高效、零污染的特點(diǎn)在世界范圍內(nèi)引起了汽車(chē)行業(yè)的廣泛關(guān)注。美國(guó)、歐洲和日本的著名汽車(chē)公司紛紛投入巨資進(jìn)行燃料電池汽車(chē)的研發(fā)，各國(guó)政府也在法規(guī)和政策方面給予極大的支持。1. 燃料電池的優(yōu)點(diǎn)1節(jié)能、轉(zhuǎn)換效率

17、高、很少需要石油燃料由于反響過(guò)程中不涉及到燃燒，因此其能量轉(zhuǎn)換效率不受“卡諾循環(huán)的限制，其能量轉(zhuǎn)換率高達(dá)60%- 80% 實(shí)際使用效率那么是普通內(nèi)燃機(jī)的23倍。內(nèi)燃機(jī)在額定功率附近才有最高效率， 而在局部功率輸出條件下運(yùn)轉(zhuǎn)效率迅速降低。燃料電池在額定功率下的效率可 以到達(dá)60%，而在局部功率輸出條件下運(yùn)轉(zhuǎn)效率可以到達(dá) 70%，在過(guò)載功率輸 出條件下運(yùn)轉(zhuǎn)效率可以到達(dá)5055%。而高效率隨功率變化的范圍很寬，低功 率下運(yùn)轉(zhuǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)特別適合于汽車(chē)動(dòng)力性能的要求。內(nèi)燃機(jī)過(guò)載能力低， 在過(guò)載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易“熄火，而燃料電池短時(shí)間的過(guò)載能力可以到達(dá)額定功率的200%，所以，非常適合汽車(chē)在加速和爬坡時(shí)對(duì)動(dòng)力

18、性能的要求。燃料電池除 用汽油重整產(chǎn)生氫氣外，其它如甲醇、碳?xì)浠衔锏热剂细静挥檬腿剂稀? 對(duì)環(huán)境污染小 首先其排放近于零污染，氫氣作為燃料的燃料電池發(fā) 動(dòng)機(jī)主要生成物質(zhì)為水，屬于“零污染。用碳?xì)浠衔镒鳛槿剂系娜剂想姵匕l(fā) 動(dòng)機(jī)主要生成物質(zhì)為水、二氧化碳和一氧化碳等，屬于“超低污染。其次其噪 聲小，即使在燃料電池發(fā)電廠附近，也幾乎感覺(jué)不到噪聲。3 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行平穩(wěn)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的能量轉(zhuǎn)換是在靜態(tài)下完成， 結(jié)構(gòu)件構(gòu)造簡(jiǎn)單。加工精度要求比內(nèi)燃機(jī)低得多。結(jié)構(gòu)件大多數(shù)為板狀和管件， 沒(méi)有運(yùn)動(dòng)零部件和各種摩擦副，因此，使用中不因零部件磨損引起故障，維修、 保養(yǎng)方便。燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)由多個(gè)單體燃料電池

19、串聯(lián)組成，可以配置成各種不同規(guī)格的 系列燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)組，裝配在不同用途和不同型號(hào)的車(chē)輛上，還可以根據(jù)車(chē)輛的軸荷分配、車(chē)輛有效空間的利用等具體情況，靈活、機(jī)動(dòng)地進(jìn)行總體布置。燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，噪聲小、振動(dòng)小、散熱系統(tǒng)比內(nèi)燃機(jī)簡(jiǎn)單得 多、熱管理系統(tǒng)也更加簡(jiǎn)單；產(chǎn)出物不需要進(jìn)行凈化和消聲處理， 整個(gè)燃料電池 系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)管理。2. 燃料電池的缺點(diǎn)燃料電池的優(yōu)點(diǎn)是明顯的，但就目前的技術(shù)還有一些缺點(diǎn)需要克服，主要是：1 燃料種類(lèi)單一不管是液態(tài)氫、氣態(tài)氫、儲(chǔ)氫金屬儲(chǔ)存的氫，還是碳 水化合物經(jīng)過(guò)重整后轉(zhuǎn)換的氫，而氫是燃料電池的唯一燃料。氫氣的產(chǎn)生、儲(chǔ)存、 保管、運(yùn)輸和灌裝或重整，都比擬

20、復(fù)雜，對(duì)平安性要求很高。但燃料種類(lèi)的單一性，可以建立標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一的供給系統(tǒng)。2 要求高質(zhì)量的密封燃料電池的單體電池所能產(chǎn)生的電壓約為 1V,不同種類(lèi)的燃料電池的單體電池所能產(chǎn)生的電壓略有不同。通常將多個(gè)單體電池按使用電壓和電流的要求組合成為燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)組，在組合時(shí)，單體電池間的電極連接時(shí)，必須要有嚴(yán)格的密封，因?yàn)槊芊獠涣嫉娜剂想姵?，氫氣?huì)泄漏到燃料 電池的外面，降低了氫的利用率并嚴(yán)重影響燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，還會(huì)引起氫氣燃燒事故。由于要求嚴(yán)格的密封， 使得燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的制造工藝很復(fù)雜，并給使用和維護(hù)帶來(lái)很多困難。3 比功率還要進(jìn)一步提高內(nèi)燃機(jī)的比功率約為300W/kg,以氫為燃料的燃料電池

21、比功率約為300350W/kg,功率密度為280W/L。甲醇經(jīng)過(guò)重整產(chǎn)生 的氫為燃料的燃料電池綜合功率密度包括重整器質(zhì)量降低到220W/L。為了滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)FCEV動(dòng)力性能的要求，需要進(jìn)一步提高燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的比功 率。4 造價(jià)太高目前質(zhì)子交換膜燃料電池是最有開(kāi)展前途的燃料電池之一，但質(zhì)子交換膜燃料電池需要用貴金屬鉑Pt作為催化劑，其使用量要求達(dá) 到0.10.2mg/cm3,目前用量要求到達(dá)0.5mg/cm3，差距還比擬大。而且鉑Pt在反響過(guò)程中受CO的作用會(huì)"中毒"而失效。鉑Pt的使用和鉑Pt的失效 使質(zhì)子交換膜燃料電池的造價(jià)持高不下。5需要配備輔助電池系統(tǒng) 燃料電池可以

22、持續(xù)發(fā)電，但不能充電和回收 FCEV再生制動(dòng)的反響能量。通常在 FCEVh還要增加輔助電池，來(lái)儲(chǔ)存燃料電池 富裕的電能和在FCEV減速時(shí)接受再生制動(dòng)時(shí)的能量。二燃料電池的工作原理氫-氧燃料電池裝置從本質(zhì)上說(shuō)是水電解的一個(gè)“逆裝置。電解水過(guò)程中， 通過(guò)外加電源將水電解，產(chǎn)生氫和氧；而在燃料電池中，那么是氫和氧通過(guò)電化學(xué)反響生成水，并釋放出電能，圖33所示為氫-氧燃料電池的工作原理。氫和氧分 別吸附在用活性炭制成的電極上， 并將兩個(gè)電極置于KOHfe解液中，假設(shè)此時(shí)接通 外電路，便有電流流過(guò)負(fù)載。電池中所發(fā)生的反響為：陽(yáng)極：2H 4H+ + 4e陰極：4e + 4H + + O2 2H2O綜合反響

23、:2H2 + O2 2H2OKOH+P電3圖33 氫一氧燃料電池示意圖1、2-多孔活性炭粒3-陽(yáng)極 4-陰極即兩個(gè)氫分子在陽(yáng)極外表變成 4個(gè)氫離子，并釋放出4個(gè)電子，電子由陽(yáng)極 導(dǎo)出，通過(guò)外部負(fù)載轉(zhuǎn)移到陰極，氫離子那么通過(guò)電解液到達(dá)陰極與電子及氧結(jié)合 生成水。從上述可見(jiàn)，燃料電池的工作原理與普通電化學(xué)電池相類(lèi)似，然而從實(shí)際應(yīng) 用來(lái)考慮，兩者存在著較大的差異。普通電池是將化學(xué)能儲(chǔ)存在電池內(nèi)部的化學(xué) 物質(zhì)中，當(dāng)電池工作時(shí)，這些有限的物質(zhì)發(fā)生反響，將儲(chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能， 直至這些化學(xué)物質(zhì)全部發(fā)生反響。 對(duì)于原電池而言，電池所放出的能量取決于電 池中儲(chǔ)存的化學(xué)物質(zhì)量，對(duì)于可充電電池而言，那么可以通

24、過(guò)外部電源進(jìn)行充電， 使電池工作時(shí)發(fā)生的化學(xué)反響逆向進(jìn)行，得到新的活性化學(xué)物質(zhì)，電池可重新工作。因此實(shí)際上普通電池只是一個(gè)有限的電能輸出和儲(chǔ)存裝置。而燃料電池那么不同，參與反響的化學(xué)物質(zhì)氫和氧，分別由燃料電池外部的單獨(dú)儲(chǔ)存系統(tǒng)提供，因而只要能保證氫氧反響物的供給， 燃料電池就可以連續(xù)不斷地產(chǎn)生電能， 從這個(gè) 意義上說(shuō)，燃料電池是一個(gè)氫氧發(fā)電裝置。三燃料電池的種類(lèi)燃料電池的種類(lèi)按不同的方法可大致分類(lèi)如下：1. 按燃料電池的運(yùn)行機(jī)理分分為酸性燃料電池和堿性燃料電池。2. 按電解質(zhì)的種類(lèi)分按電解質(zhì)的種類(lèi)不同，有酸性、堿性、熔融鹽類(lèi)或固體電解質(zhì)。因此，燃料 電池可分為堿性燃料電池AFQ、磷酸燃料電池P

25、AFC、熔融碳酸鹽燃料電 池MCFC、固體氧化物燃料電池SOFC、質(zhì)子交換膜燃料電池PEMFC等。 在燃料電池中，磷酸燃料電池PAFC、質(zhì)子交換膜燃料電池PEMFC可以冷 起動(dòng)和快起動(dòng)，可以用作為移動(dòng)電源， 適應(yīng)FCEV使用的要求，更加具有競(jìng)爭(zhēng)力。3. 按燃料類(lèi)型分有氫氣、甲醇、甲烷、乙烷、甲苯、丁烯、丁烷等有機(jī)燃料，汽油、柴油液 體燃料，天然氣等氣體燃料，有機(jī)燃料和氣體燃料必須經(jīng)過(guò)重整器“重整為氫 氣后，才能成為燃料電池的燃料。4. 按燃料電池工作溫度分有低溫型，溫度低于200C ;中溫型，溫度為200750C ;高溫型，溫度高 于 750C。在常溫下工作的燃料電池，例如質(zhì)子交換膜燃料電池PEMFC，這類(lèi)燃料電池需要采用貴金屬作為催化劑。 燃料的化學(xué)能絕大局部都能轉(zhuǎn)化為電能， 只產(chǎn)Page 12 of 14機(jī)電工程系 編制生少量的廢熱和水，不產(chǎn)生污染大氣環(huán)境的氮氧化物。不需要廢熱能量回收裝置， 體積較小，質(zhì)量較輕。但催化劑鉑Pt會(huì)與工作介質(zhì)中的一氧化碳CO發(fā)生 作用后產(chǎn)生“中毒現(xiàn)象而