课题一 压缩天然气和液化石油气汽车

项目一认识新能源汽车一、填空题1. 新能源汽车包括燃气汽车（液化天然气LNG、液化石油气汽车、压缩天然气CNG）、燃料电池电动汽车（FCEV）、纯电动汽车（BEV）、氢能源动力汽车、混合动力汽车HEV（油气混合、油电混合）太阳能汽车和其他新能源（如高效储能器）汽车等。

2. 燃料电池的燃料可以是氢气（H2）、甲烷（CH4）、甲醇（CH3OH）等，氧化剂一般是氧气或空气，电解质可为酸碱溶液（H2SO4、H3PO4、NaOH等）、熔融盐（NaCO3、K2CO3）、固体聚合物、固体氧化物等。

3. 压缩天然气（CNG）是一种无色透明、无味、高热量、比空气轻的气体，主要成分是甲烷，由于组分简单，易于完全燃烧，加上燃料含碳少，抗爆性好，不稀释润滑油，能够延长发动机使用寿命。

4. 发动机燃烧燃料做功后排放的尾气中，含有一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物以及对人体产生不良影响的其他一些固体细微颗粒物。

5. 中国对石油需求增长量占全球需求增长量的41%，新增石油需求2/3用于交通运输业，而进口的原油30%被汽车消耗，机动车消耗的石油量占总量的85%。

6. 在“十二五”期间将重点突破动力电池、驱动电机、电控等核心技术，推动纯电动汽车、插电式混合动力汽车的产业化，实现我国汽车工业的跨越式发展。

7.到2020年，新增集中式充换电站超过1.2万座，分散式充电桩超过480万个，以满足全国500万辆电动汽车充电需求。

９. 间接式燃料电池，其燃料是通过某种方法把氢气（H2）、甲烷（CH4）、甲醇（CH3OH）或其他烃类化合物转变成氢或富含氢的混合气供给燃料电池。

车10.飞轮储能汽车——是利用飞轮的惯性储能，储存非满负载时发动机的余能以及车辆长大下坡、减速行驶时的能量，反馈到一个发电机上发电，再而驱动或加速飞轮旋转。

11.超级电容汽车——采用超级电容器作为充放电装置，其过程是物理变化，充放电时间短，循环使用寿命长，具有很高的可靠性和安全性。

一体化教学教案课程第一单元总论授课教师林建丰课题一发动机总体构造授课时间课时12授课班级高511/中11汽修5学习目标专业理论知识掌握汽车发动机的一般构造和常用术语，熟悉其工作原理。

专业操作技能1.汽油发动机的总体构造；2.柴油机的总体构造。

教学对象分析技工学校学生机械基础较弱，但他们对汽车维修有很大兴趣，对新课有新鲜感但不能持续。

教学地点汽修车间一体化教室、3Y发动机一台、柴油机一台。

教学方法实物演示教学法、案例教学法教学回顾说明教学过程【组织教学】时间：5分钟1、准备好教具、教学设备、工具等；2、点名检查学生出勤情况，填写考勤薄；3、检查学生工作衣服、鞋等。

4、安全教育：【复习旧课、导入新课】1.提问：在常用汽车上用什么作为动力装置？2.展示汽油发动机、柴油发动机3.教学目的：掌握与汽车发动机的一般构造和常用术语，熟悉其工作原理。

【讲授新课】一、专业知识讲解（一）发动机的工作原理及分类1、汽车发动机概述及常用术语（1）作用发动机是汽车的动力装置。

汽车发动机的作用是：将某种形式的能量转换为机械能，并通过底盘驱动汽车行驶。

将燃料燃烧的热能直接转变为机械能的发动机称为内燃机，如汽油机和柴油机。

内燃机具有热效率高、结构紧凑、体积小、维修方便、起动性好等优点。

内燃机按活塞运动形式的不同，可分为：往复活塞式内燃机、转子式内燃机。

往复活塞式内燃机技术先进、可靠性高，在汽车上广泛使用。

（2）常用术语如图1—l—1所示，汽车发动机的常用术语有：①上止点活塞上行到达最高点处的位置，即其顶面离曲轴回转中心最远时的位置。

②下止点活塞下行到达最低点处的位置，即其顶面离曲轴回转中心最近时的位置。

③活塞行程活塞在上、下两个止点之间的运动距离，用S（单位：mm）表示。

④活塞冲程活塞运行时由上（下）止点到下（上）止点的运动过程。

⑤曲柄半径曲轴上的主轴颈中心线到连杆轴颈中心线的垂直距离，用R（单位：mm）表示。

⑥气缸工作容积活塞一个冲程内所扫过的容积，用Vh（单位：L）表示。

综 述　压缩天然气汽车与液化石油气汽车同济大学汽车工程系　高卫民　王宏雁　周　毅1　概述用可燃气体作为发动机燃料的汽车,统称为气体燃料汽车。

气体燃料的来源很广,有天然矿藏形成的天然气,有通过固体人工转换而得到的发生炉煤气、人工沼气,还有石油化工企业生产过程中产生的液化石油气等。

本文主要讲述压缩天然气(CN G)汽车和液化石油气(LPG)汽车。

2　气体燃料的种类天然气是一种自然资源,可从天然气田中得到。

在开采石油时,往往同时也可得到一定数量的天然气。

从目前得到的数据表明,地球上天然气的储量较大。

我国除了在一些油田开采地得到天然气外,在内地及部分沿海地区也发现了许多天然气田。

天然气中的主要成分为CH4,含量为70%～95%。

作为车用天然气,一般要求CH4在90%以上,天然气中的其他成分有C2H6、C3H8等,由于这些成分的物质抗爆震性差,含量过高时,在发动机大负荷工况下易发生爆震现象。

天然气中常见的有害成分是H2S,它经燃烧后形成的硫化物在一定条件下会转化为酸性物质,对发动机零件有腐蚀作用。

由于H2S的自燃温度较低,所以它的存在还会降低天然气的抗爆震能力。

因此天然气中的H2S成分应予限制。

液化石油气的化学成分因其来源和制取方法而不同。

其中碳氢化合物的主要成分为:丙烷、丁烷、正丁烷、异丁烯等,有时还含有甲烷、乙烷、戊烷、乙烯等不纯物。

由石油伴生气和凝析气田中提取的液化石油气是由烷烃组成的,主要成分是丙烷和丁烷。

从炼油厂制取的液化石油气除含有烷烃外还含有烯烃。

作为发动机燃料,液化石油气的理论混合气热值高于天然气,临界压缩比低于天然气。

丙烷和丁烷在车内使用时,因季节的不同而比例不同。

液化石油气中的烯烃类物质要加以限制,以防止燃料供应系统中橡胶元件的老化。

表1为LPG、CN G和汽油的理化性能比较。

表1　LPG、CNG和汽油的理化性能比较性能参数燃料种类LPG CNG80号汽油密度,kg/L0.540.72(kg/m3)0.72单位热值,M J/kg46.15042.7混合气热值,k J/m3297429072905理论空气需要量,kg空气/kg燃料14.717.414.7蒸发热热值,k J/m37.6～7.7—9.2蒸汽压(RV P),MPa0.8～1.3—0.07辛烷值研究法101～11190马达法97>9080燃点,℃400650300～400混合气着火极限,%下限 1.55～0.6上限55110.8综 述3　气体燃料发动机的结构组成由于CN G 、LPG 的理化性能与汽油较为接近,因而在使用时不需要对原发动机作很大变动就能改成双燃料(气体燃料CNG 、LPG /液体燃料汽油)汽车。

课题3 汽车燃料清洁化1．了解汽油燃烧的原理及抗爆震性。

(难点) 2．认识汽车尾气的成分、危害及治理。

(重点)3．了解清洁燃料汽车所用燃料及理想的清洁燃料氢气。

(重点)汽油是分子中含有5～11个碳原子的烃的混合物，含有的烷烃主要是己烷、庚烷、辛烷和壬烷。

2．汽油的作用原理汽油进入汽缸后，经电火花点燃迅速燃烧，产生的热气体做功推动活塞往复运动产生动力，使汽车前进。

3．汽油的燃烧特点以分子中含有5个碳原子的戊烷为例： ①完全燃烧：C 5H 12＋8O 2――→点燃5CO 2＋6H 2O 。

②不完全燃烧：2C 5H 12＋11O 2――→点燃10CO ＋12H 2O ； C 5H 12＋3O 2――→点燃5C ＋6H 2O 。

4．汽油的抗震性汽油抗爆震的程度以“辛烷值”的大小来衡量。

辛烷值越高，抗爆震程度越高。

为提高汽油的抗爆震性，可向汽油中添加四乙基铅或甲基叔丁基醚做抗震剂。

5．汽车尾气及危害汽车尾气中含有的有害物质有CO 、氮氧化物、SO 2、烃类等。

造成的危害主要是形成酸雨和光化学烟雾。

1．怎样提高汽油的品质？ 【提示】 (1)向汽油中加抗震剂。

(2)增加汽油中支链烷烃、芳香烃、环烷烃的比例。

(3)催化重整：在催化剂的作用下，使汽油中烃分子的结构进行重新排列形成新的分子结构。

①所用燃料：压缩天然气和液化石油气②2．氢气——汽车最理想的清洁燃料(1)优点①释放能量多：燃烧相同质量的氢气和汽油，前者放出的热量约是后者的3倍。

②环境污染小：氢气燃烧生成水，没有灰渣和废气。

(2)不足：当前制取氢气成本高，氢气贮存困难。

(3)发展方向：研究新的制氢技术和氢气贮存方法，如光电解水制氢气和研制贮氢合金。

3．燃料电池汽车从电池的正极输进O2，负极输进H2或甲醇等，通过化学反应将化学能转变成电能，能量转换效率显著提高，且不会产生污染。

2．你知道怎样制备乙醇汽油吗？乙醇汽油与汽油相比，有何优点？【提示】以玉米及其他农副产品、含糖类废物等为原料，经发酵、蒸馏制得乙醇，再以乙醇、汽油为原料，辅以少量添加剂，可以制成乙醇汽油。

中华人民共和国国家标准GB/T 17895—2019 天然气汽车和液化石油气汽车词汇Natural gas vehicle and liquefied petroleum gas vehicle－Vocabulary2019-11-01发布2000-08-01实施国家质量技术监督局发布GB/T 17895-2019 天然气汽车和液化石油气汽车词汇前言本标准参考了ECE 67号法规《关于动力系统使用液化石油气的机动车辆的特殊装置批准的统一规定》、美国联邦机动车辆安全标准FMVSS 571.303《压缩天然气车辆燃料系统的完整性》、美国联邦机动车辆安全标准FMVSS 571.304《压缩天然气气瓶》等国外标准的部分定义。

本标准的附录A、附录B都是提示的附录。

本标准由国家机械工业局提出。

本标准由全国汽车标准化技术委员会归口。

本标准由中国汽车技术研究中心、中国石油天然气集团公司、吉林工业大学、广州汽车技术中心、长春汽车研究所、四川省汽车办、四川工业学院负责起草。

本标准主要起草人：姜璧琪、王协琴、汪凯、彭美春、袁兆成、李海林、崔文兵、吴志新、褚韶华、史宇峰、王一光、刘德发、龙其彬、康庄。

本标准首次发布。

本标准由全国汽车标准化技术委员会负责解释。

中华人民共和国国家标准GB/T 17895-2019 天然气汽车和液化石油气汽车词汇Natural gas vehicle and liquefied petroleum gas vehicle-Vocabulary1 范围本标准规定了天然气汽车和液化石油气汽车有关的词汇和定义。

本标准适用于可燃用天然气的汽车和可燃用液化石油气的汽车。

2 定义本标准采用下列定义。

2.1汽车用天然气和液化石油气2.1.1 汽车用天然气 natural gas for vehicles组份和技术要求符合汽车用燃料要求的天然气。

2.1.1.1 汽车用压缩天然气 compressed natural gas for vehicles以压缩状态储存的汽车用天然气。

压缩天然气和液化天然气的应用2.1概述压缩天然气(Compressed Natural Gas,简称CNG)是天然气加压并以气态储存在容器中。

液化天然气（Liquefied Natural Gas，简称LNG）是在常压下将天然气冷却到-162℃，天然气变为液态，储存在保温储罐中。

CNG和LNG具有易于储存和运输的特点。

CNG、LNG均可用作汽车燃料，CNG汽车在我国现已广泛应用。

CNG、LNG可用于天然气管道不能到达地区的天然气供应，LNG还可作为城镇天然气供应的应急调峰气源。

2.2 CNG和LNG的基本性质和特点2.2.1CNG的基本性质和特点（1）CNG的基本技术指标CNG是指采用特制的储气钢瓶，将天然气在脱水、脱硫化氢后在加气站通过加压设备施加20~25 MPa的高压，压缩至瓶内贮存。

作为汽车燃料的CNG应符合《车用压缩天然气质量标准》GB18047的要求表2-1 CNG的技术指标项目技术指标高位发热量，MJ/m3＞31.4总硫（以硫计），mg/m3≤200硫化氢，mg/m3≤15二氧化碳yco2，％≤3.0氧气yo2，％≤0.5水露点，℃在汽车驾驶的特定地理区域内，在最高操作压力下，水露点不应高于-13℃；当最低气温低于-8℃，水露点应比最低气温低5℃注：本标准中气体体积的标准参比条件是101.325 kPa，20℃（2）CNG的基本特点随着我国对环境保护工作的重视和能源结构的调整，CNG 技术得到快速发展及推广应用，并展现出广阔的前景。

CNG作为汽车燃料在环保和经济效益方面主要表现在以下几个方面：1）环境污染少使用压缩天然气替代汽油作为汽车燃料，可使CO排放量减少97%，CH化合物减少72%，NO化合物减少39%，CO2减少24%，SO2减少90%，噪音减少40%。

我国应用压缩天然气技术所产生的经济和环境效益的情况见表2-2。

而且压缩天然气不含铅、苯等制癌的有毒物质。

特别是随着全球温室效应、酸雨和光化学烟雾危害的加剧，应用CNG 替代石油、煤炭燃料具有越来越重要的意义。

压缩天然气供应技术一、压缩天然气（CNG）供应压缩天然气（25MPa）约为标准状态下同质量天然气体积的1/250。

尽管压缩天然气能储密度比液化石油气和液化天然气低，然而作为汽车替代燃料或对难觅优质民用燃料的城市而言，由于压缩天然气生产工艺、技术、设备较简单，运输装卸方便，又在环境保护方面有明显优势，因此不失为值得选择的城镇燃气气源形式之一。

汽车使用的天然气，除高压压缩和杂质含量控制更严格以外，与民用和工业天然气无本质区别。

通常CNG 是压缩到20~25MPa的天然气，其辛烷值（在规定条件下与试样抗爆性相同时的标准燃料中所含异辛烷的体积百分数）在122 ~130 之间。

CNG供应系统是泛指以符合现行国家标准《天然气》GB17820之II类作为气源，在环境温度为-40~50 ℃时，经加压站净化、脱水、压缩至不大于25.0MPa；出站时符合现行国家标准《车用压缩天然气》GB18047的各项规定，并充装给气瓶转运车送至城镇的CNG 汽车加气站或城镇燃气公司的CNG 供应站（储配站或减压站），供作汽车发动机燃料或居民、商业、工业企业生活和生产用燃料的系统。

统筹规划城镇CNG 供应系统的目的在于：①在天然气长输管道尚未敷设的区域，以压缩天然气作气源较易实现城镇气化，并可节省大量建设投资；②减少城镇交通的汽车尾气排放总量，以改善城区大气环境质量；③在天然气供应价格有竞争力的情况下，以天然气替代车用汽油、柴油。

二、城镇CNG 供应系统1、天然气加压站（母站）天然气加压站（母站）的作业流程如图所示。

天然气加压站的任务是使充装气瓶转运车或售给CNG 汽车的CNG 达到汽车用CNG 的技术标准，并且不得超压过量充装；保证气瓶转运车或CNG 汽车的压力容器在该城镇地理区域极端环境温度下安全运行，即该压力容器工作压力始终在允许的最高压力（最高温度补偿后）以下。

一般规定该压力容器充满后的压力为20Mpa。

根据城镇规划的安排，可规定加压站以充气瓶转运车为主，以售气为辅；或只充气瓶转运车而不向CNG 汽车售气。

课题2 燃料的合理利用与开发5分钟训练1.化石燃料包括__________、__________和__________，它们是__________ (填“可再生”或“不可再生”)能源，属于__________ (填“纯净”或“混合”)物。

从石油中炼制出的燃料有多种，举出三例__________、__________、__________；最后一级产品是__________，主要用于__________。

思路解析:本题考查学生对基础知识的认识和掌握，侧重于预习教材。

从课本预习中掌握关键词语（术语），形成基本知识体系。

化石燃料是经过长时间地地质变化得到的燃料。

石油经过炼制得到汽油、煤油等一系列产品后，最后剩余沥青，常用于筑路。

答案：煤石油天然气不可再生混合汽油航空煤油柴油沥青铺路、建筑材料2.甲烷是__________和__________的主要成分，在空气中燃烧的方程式是__________，现象是发出__________，放出__________，生成__________和使澄清石灰水__________气体。

思路解析:本题考查对甲烷燃烧及燃烧产物的掌握，侧重于基础知识的考查。

答案：天然气沼气CH4＋2O2−−点燃CO2＋2H2O蓝色火焰热量水变浑浊的二−→3.以汽油、柴油为燃料的汽车，所排放的尾气会对空气造成污染。

尾气中的主要污染物有__________、__________、__________和烟尘等。

思路解析:燃油形成的尾气中含有一氧化碳、氮的氧化物、硫的氧化物等。

答案：一氧化碳氮的氧化物硫的氧化物4.酒精的学名是__________，化学式是__________，它的相对分子质量是__________，其中各元素的质量比为__________，酒精中碳元素的质量分数为__________。

酒精燃烧的化学方程式为______________________________。

思路解析：本题考查酒精的基本知识，考查酒精的燃烧和组成。

课题2 燃料的合理利用与开发答案：(1)放出热量 (2)吸收热量 (3)石油 (4)CH 4＋2O 2=====点燃CO 2＋2H 2O (5)二氧化硫 (6)二氧化氮 (7)燃烧时要有足够的空气 (8)燃料与空气要有足够大的接触面 (9)C 2H 5OH ＋3O 2=====点燃2CO 2＋3H 2O (10)最理想 (11)2H 2＋O 2=====点燃2H 2O1．化学反应中的能量变化 (1)实验探究 实验操作 实验现象 结果分析出现热气腾腾现象，试管外壁发烫 生石灰与水反应放出热量(2)化学变化中的能量变化①化学反应在生成新物质的同时，还伴随着能量的变化，其表现为热量的变化。

②有些反应是放热的，称为放热现象，如物质的燃烧等。

③有些反应是吸热的，称为吸热现象，如碳与二氧化碳的反应等。

谈重点 吸热反应与放热反应 一个化学反应是吸热还是放热，与其反应条件并无直接关系，即反应条件加热的反应不一定是吸热反应，反应条件不加热的反应，也不一定是放热反应。

(3)能量的利用①生活燃料的利用：做饭、取暖等。

②利用燃料产生的热量：发电、陶瓷、水泥、发射火箭。

③爆炸产生的能量：开山炸石、拆除违规建筑。

④食物在体内发生缓慢氧化放出热量：维持体温和日常活动所需的能量。

【例1】人类生活需要能量。

下列能量转化的例子中不是因化学变化产生的是( )A ．燃起篝火烘烤食物B ．太阳能热水器烧水C ．绿色植物将太阳能转化为化学能D ．煤燃烧发电解析：化学变化中伴随着能量的变化，物质燃烧、光合作用都属于化学变化，其能量变化由化学变化产生；用太阳能热水器烧水，没发生化学变化，是太阳能转化成了热能。

答案：B2．化石燃料的利用(1)化石燃料三大化石燃料是煤(工业的粮食)、石油(工业的血液)、天然气。

它们都是混合物，都是不可再生能源。

①煤a ．性质：黑色固体，有光泽，具有可燃性。

b ．组成元素：主要含碳元素，还含有少量氢、氮、硫、氧等元素。