(4)氢气的沸点为-253℃，常温、常压下为气体，携带性和 安全性差。氢气在大气中的扩散系数为汽油的8倍(0.63cM2/s)， 能很快形成可燃混合气体，由火花塞点燃后，其燃烧速度和 燃烧温度都很高。

　　二、液化石油气(LPG) 液化石油气简称LPG，其主要成分是丙烷(C3H8)、

　　丁烷(C4H10)、丙烯(C3H6)、丁烯(C4H8)等化合物的异构 体。它在常温、常压下是一种无毒、无色、无味的气体， 其来源有两种途径:一是在原油炼制过程中分离、生产出 来的副产品，二是从天然气的气体精制过程中分离、生 产出来。我国生产出来的LPG，其主要含量为丙烷和丁 烷，车用LPG中，丙烷的含量(体积)占95％以上。

　　发动机燃用醇类燃料后，排气中的NOx、HC、CO、 CO2及颗粒的排放量均会变化，总体来说是有改善。未 燃烧的醇类燃料和醛类有所增加。因醇类燃料的汽化潜 热大，混合气受到激冷时，燃烧可能不完全，会导致未 燃烧的醇类燃料的排放增加。在高负荷、高温时，废气 中未燃烧的醇较少。醛类排放物包括甲醛、开云 开云体育官网乙醛、丙醛 和丙烯醛等，是使用醇类燃料内燃机的主要排放物。

　　(3)混合气发火界限宽。天然气与空气混合后的工作混 合气体有很宽的发火界限，其过量空气系数的变化范围为 0.6~1.8，可在大范围内改变混合比，提供不同成分的混合 气。通过采用稀薄燃烧技术可进一步提高发动机的经济性 和改善排放。

　　天然气作为发动机燃料，具有低排放、低价格、储 量丰富、无须加工等优点，应用时分为液化天然气 (LNG)和压缩天然气(CNG)。与汽油燃料相比，有如下 一些主要特点:

　　(１)天然气的体积低热值和质量低热值略高于汽油， 但理论混合气热值比汽油低，甲烷含量越开云体育 开云官网高，相差越大， 纯甲烷的理论混合气热值比汽油低10％左右。

　　(2)LPG的着火温度比汽油高，火焰传播速度比汽油低， 所以燃用LPG时，应保证供应足够的点火能量，并适当加 大点火提前角，以求可靠点火，提高发动机的动力性和经

　　(3)LPG的着火极限范围比汽油宽，空燃比容易调整，能 保持稳定良好的燃烧，从而能保证发动机运转性能比较稳

　　LPG氢碳比(H/ C)大，极易汽化，易燃烧，这决 定了LPG是一种清洁燃料。各种实验研究表明，与汽 油相比，在各种温度下，LPG的NOx和HC＋CO的排 放都有大幅度的减少，总之，与汽油相比，LPG的特 点可以概括如下:

　　(1)LPG的临界温度较高，在常温下为气态。以 气态进入发动机，燃料与空气同相，混合均匀，燃 烧较完全，可以显著降低CO和HC的排量，同时使 微粒排放物得到彻底改善。另外，LPG的火焰温度 明显偏低，可使NOx的排放明显减少。因此，汽车 采用液化石油气作燃料，可以极大地降低汽车对大 气的污染。

　　(2)抗暴性能高。开云 开云体育官网天然气的主要成分是甲烷，甲烷 的研究辛烷值为130，具有高抗暴性能。燃用天然气的 专用发动机应采用的合理压缩比为12，允许压缩比可达 15。采用高压缩比可大幅度提高发动机的动力性和燃料 经济性。如:采用高压缩比，天然气发动机的燃料效率相 当于柴油机，有利于减小CO2的排放。装有电子控制燃 料供给系统和三元催化转化器的轻型天然气汽车的尾气 排放比最严格的加州超低排放车(ULEV)标准还低75％。

　　第一节 发动机新型燃料 第二节 气体燃料汽车 第三节 燃料供给系统 第四节 发动机新型燃烧方式 练习题

　　目前在发动机上比较常用的清洁代用燃料包括压缩天然 气(CNG)、液化石油气(LPG)、甲醇、乙醇、二甲醚(DME)、 氢气等。 一、天然气

　　基于氢气燃料的以上一些特点，在发动机上使用氢气作 燃料时具有明显的优点。由于氢气所需点火能量小，易实现 稀薄燃烧，故可在更宽广的工况内得到较好的燃油经济性能。 燃烧的主要产物是H20和NOx，不产生CO和HC及硫化物，只 需采取降低NOx排放的措施，是很好的洁净能源。

　　醇类燃料主要指甲醇(CH3OH)和乙醇(C2H5OH)。醇 分子结构中含有氧，易于燃烧，理化特性与汽油接近，但 其热值比汽油低得多，其化学当量比所需的空气比汽油燃 烧所需的空气少得多，醇类燃料的汽化潜热高，汽化时所 需的热量也比汽油多。醇类燃料的饱和蒸气压比汽油低。

　　氢气在作为发动机的燃料在使用过程中也存在一 些问题。氢气的沸点为-253℃，储运性能差是其最大 缺点。氢气应用的另外一个难点是制取困难。理论上 可以从水、煤、天然气等原料中制氢，但到目前为止， 制取氢的成本及消耗的能量还很高，不能大量满足作 为发动机的燃料需求。由此只有解决氢的储存及生产 成本问题，才能使氢燃料走向实用。

　　(２)氢气的质量燃料热值高，为120MJ/Kg，是汽油 的2.7倍，但理论空燃比为汽油的2.5倍，折算到理论体 积混合气体发热量要小于汽油，为3200KJ/M3(汽油为 3700KJ/M3)，所要求的燃烧系统与汽油机有较大差别。

　　(３)氢气极易点燃，所需的最小点火能量只有汽油 的1/3，火焰传播特性很好，易实现稀薄燃烧，但自着 火温度(大气压下)为850K，高于柴油(625K)和汽油 (770K)。

　　醇类燃料的热值低，所需的循环供应量要大大增加， 高的汽化潜热可提高充气效率，降低缸内温度，因而压 缩比可以提高，燃烧速度加快可使热效率提高，醇类燃 料的C/ H值比汽油和柴油的小，完全燃烧时产生的CO2 较少，H2O较多。对于相同的燃烧热值，燃烧产物的比 热相对较高，这有利于热效率的提高。此外，醇类燃料 的着火界限较宽，燃烧速度快，在稀混合气中的火焰传 播速度仍能保持较高，这使燃烧的定容部分增加，也有 利于热效率的提高。循环压力的波动比汽油机小。

　　(4)LPG的辛烷值较高，有较好的抗暴性，不需要添加剂 开云体育 开云官网或加铅抗暴剂，可适当提高发动机的压缩比，从而提高发

　　(5)LPG的燃点比汽油高，着火界限比汽油宽，不易产 生火灾，比汽油安全。 三、醇类燃料

　　个C 原子，无C—C键，含有50％ 的氧，热值低。与汽油、 柴油相比，甲醇的着火温度高、辛烷值较高，抗爆性较好，

　　甲醇燃烧时不易看到火焰，具有较宽的着火界限，闪点 较高。从能源多元化和能源安全的角度出发，发展甲醇有重 大的战略意义。另外，使用汽油—甲醇比使用汽油—天然气 更为方便。

　　(4)天然气的着火温度比汽油要高，火焰传播速度慢， 因此需要较高的点火能量。

　　天然气比汽油和柴油更“清洁”。由于天然气的燃 烧温度低，NOx的生成量少，与空气同为气相，混合均 匀，燃烧较完全，CO和微粒物质的排放很低。采用柴 油—天然气双燃料工作的发动机，尾气的烟度值很低， 为采用纯柴油的1/10左右，几乎显无烟状态运行。未燃 烧的甲烷等成分性质稳定，在大气中不会形成有害的光开云体育 开云官网 化学烟雾，但对大气温室效应的影响比CO2严重，应在 发动机缸外烧掉或选用新的催化剂进行机外处理。

　　常压下为气态，沸点为-253℃。 氢气作为发动机的燃料主要有以下一些特点: (1)氢是唯一不含碳的燃料，燃烧后生成H20，不产生

　　低的蒸气压力和高的汽化潜热使其蒸发更困难，因而 对混合气形成系统提出了更高的要求。醇类燃料的辛烷值 高，允许发动机的压缩比高，这对点燃式发动机的燃烧特

　　料，与水能无限互溶，但甲醇本身有毒。凡是能得到CO和 H2的原料都能合成甲醇，其原料丰富、工艺成熟，但设备 大。目前主要是用天然气和煤生产甲醇。甲醇只有一

　　乙醇的来源很广泛，多由单糖类(如甘蔗、甜菜等)或淀 粉类(薯类、各种谷物)植物制成，或由化学原料(如乙烯)合成， 或由木质纤维素(如木屑、树枝、秸秆等)发酵生产。乙醇同 样是含氧燃料，具有高的辛烷值，热值比甲醇高，汽化潜热 则较低，乙醇比甲醇更易和汽油及柴油相溶和乳化。

　　CO、HC及硫化物。由于没有CO2的生成，可以减少全球 温室气体的排放。在氢与空气的混合气体中，氧原子浓度 大且氢燃烧时循环温度较高，燃烧产物中虽无CO和HC， 但NO 的浓度较高。