二、清洁能源和新能源汽车应用技术

1.技术概要

为响应国家号召，实现道路运输行业的节能降碳，鼓励运输企业根据车辆特性、运营工况等，积极选择应用清洁能源和新能源汽车，利用天然气、电力等替代传统柴油燃料，提高行业能源结构多样化，减少汽车排放对环境造成的污染。

我国各地区均已出台相应鼓励政策促进清洁能源和新能源汽车在道路运输行业的推广应用。目前应用较为广泛的清洁能源和新能源汽车主要包括天然气汽车、纯电动汽车和混合动力汽车等。

2.适用范围

适用于各类道路运输企业，但须根据具体运营工况确定适用的车辆类型。

3.技术内容

（1）天然气汽车

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。压缩天然气车辆是将天然气压缩到20.7~24.8MPa，储存在车载高压瓶中，车辆续航里程约为200km，适合于单程行驶里程较短的城市公交、市内出租及短途班线客运等。

液化天然气（LNG）是一种在常温常压下为气态的烃类混合物，比空气重，有较高的辛烷值、燃点高，具有混合均匀、燃烧充分、不积碳、不稀释润滑油、安全性强等优点，是较为理想的替代能源。而且液化天然气车辆是将常压下、温度为-162℃的液体天然气，储存于车载绝热气瓶中，载气量大、易存储，车辆续航里程可达500km~1000km，适合长途客货运输。

天然气发动机相比传统柴油发动机，主要从结构设计、燃料供给与点火系统、电子控制系统等三方面进行了相关改进设计：

①结构设计：针对天然气发动机的燃烧特性，重新确定压缩比，并对燃烧室、活塞、气缸盖、排气管、进气门及座圈、凸轮轴等少数零件进行了改进设计，其余保持与原柴油机不变。

②燃料供给与点火系统：以燃气供给系统取代原柴油机的燃油供给系统，采用进气总管与混合供气方式。采用高电压、高能量直接点火方式。每缸设置独立的点火线圈、火花塞与高压线。

③电子控制系统：采用闭环控制技术，系统依据多个传感器所采集的发动机的运行工况参数，经ECU电子控制单元集中处理后，通过执行器对燃料喷射装置、节气门、排放气阀、点火系统等进行精确控制。

液化天然气车辆发动机与压缩天然气车辆发动机结构基本一致，但燃料供气系统主要包含液化气瓶、汽化器、混合器等结构，液化气瓶内的液体通过气瓶自身的压力，将液体释放到汽化器中；汽化器通过发动机冷却水加热使液态天然气被汽化成气态天然气。系统采用电控调压方式控制天然气用气量，经天然气与空气在混合器中混合由电子节气门进入发动机，经火花塞点燃使发动机对外做功。LNG动力系统工作原理示意图如图1所示。

图1LNG动力系统工作原理示意图

（2）纯电动汽车

纯电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通安全法规各项要求的车辆。由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好。

纯电动汽车完全由可充电电池提供车辆动力，通过电机驱动车辆行驶。车辆无发动机、离合器和变速箱等设备，运行过程中完全实现车辆尾气零排放、零污染。受限于当前电池技术的发展，纯电动汽车的单次续航里程相对较短，约为200km，适用于于单程行驶里程较短的城市公交、市内出租车等。

纯电动汽车动力驱动系统基本构成如图2所示。

图2纯电动汽车动力驱动系统基本构成

（3）混合动力汽车

混合动力汽车可分为非插电式混合动力汽车和插电式混合动力汽车。

非插电式混合动力汽车是采用传统的内燃机和电动机作为动力源，也可使用其他替代燃料，如天然气、丙烷和醇类燃料等。混合动力汽车使用的电动力系统中包括高效强化的电动机、发电机和蓄电池。普通混合动力车的电池容量较小，一般仅在起/停、加/减速的时候供应/回收能量，不能外部充电，纯电模式行驶距离较短。

插电式混合动力汽车是新型的混合动力电动汽车，可分为并联式、串联式和混联式三种结构。区别于传统非插电混合动力汽车，插电式混合动力驱动原理、驱动单元与电动车相同，唯一不同的是车上装备有一台发动机。插电式混合动力车的电池相对较大，可以通过外接电网充电，可以用纯电模式行驶较长时间，必要时启动内燃机以混合动力模式行驶，并适时向电池充电。

插电式混合动力汽车，电动机大多是主要的动力输出，因此对电动机的性能要求较高，并需大容量的电池为电动机提供足够的电力。主要以电为动力来源，传统的发动机只作为辅助动力。

混合动力汽车的节能原理包括：

①再生制动能量回收，汽车制动时电动机工作处于发电机模式，将车辆的行驶动能转换成电能储存于电池中，将传统机械制动器消耗掉的部分能量进行回收；

②消除怠速工况，电动机作为起动电机，使发动机可以在停车期间和减速滑行期间关闭，消除了怠速工况，节省了燃油；

③减小发动机排量，由于电动机的助力作用，在保证同样动力性的情况下，可以减小发动机的排量；

④重新优化设计发动机本体，针对混合动力的工作特性对发动机进、排气系统进行优化，设计开发具有高效率的混合动力专用发动机；

⑤通过整车控制策略的优化匹配设计，使发动机运行在高效率低排放的经济区域。

与传统汽车相比，混合动力汽车发动机的装配工艺流程增加了ISG电机的装配环节。具体见图3。

整车焊接及涂装与传统车基本相近。与传统车相比，总装生产线增加了电池、IPU、DC/DC及散热系统安装，动力线束安装，混动系统自检查等工序。

图3混合动力汽车发动机的装配工艺流程