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1、本科毕业论文 题目名称： 我国天然气汽车发展趋势的研究 学 院： 交通建筑工程学院 专业年级： 学生姓名： 班级学号： 指导教师： 二00八年 六 月 六 日摘 要摘 要随着全球汽车工业的迅速发展，汽车每年要消耗大量的石油资源并排放出大量的有害气体，各国政府已经认识到了能源的不足和生态环境的污染，提出了可持续发展的经济发展战略。天然气汽车的使用是未来新能源汽车中较为成熟的技术，与其他新能源相比有着明显的优势，文章讲述了天然气汽车的特点和我国天然气汽车的发展现状，分析了我国发展天然气汽车的必要性，就能源问题和环保问题，针对性地讨论了我国大力发展天然气汽车的可能性，并提出了一些解决问题的方案，同时
2、为我国发展天然气汽车提出了可行的应用建议。关键词天然气汽车，能源，天然气汽车技术AbstractWith the rapid development of the global automobile industry, the car consumes a large amount of oil resources and emits a lot of exhaust each year.Governments have recognized the shortage of energy and the pollution of the ecological environment, they
3、 offer the strategy of economy development of sustainable development .The usage of natural gas vehicles are the fairly mature technology in the futuer of new energy cars.Compared with other energy it exists a clear advantage.This paper describes the characteristics and the currend situation of natu
4、ral gas vehicles,analyses the necessity of developirg natural gas vehicle,discusses the possibility of developing natural gas vehicles on the basis of source problems and environmental problems,offers some solutions and suggests some viable proposals for developing natural gas vehicles in our countr
5、y.Keywords Natural Gas Automobile；Energy；Natural gas vehicle technology不要删除行尾的分节符，此行不会被打印21- -目录目录摘要IAbstractII1 绪论11.1 天然气汽车的定义11.2 天然气汽车的发展11.2.1 国外天然气汽车的发展状况11.2.2 国内天然气汽车的发展状况21.3 发展天然气汽车的必要性21.3.1 能源的短缺21.3.2 环境的污染31.3.3 良好的经济性32 天然气汽车技术42.1 天然气的特性42.2 天然气汽车的特点42.2.1 天然气汽车存在的优点42.2.2 天然气汽车存在的缺点
6、62.3 天然气汽车改装62.3.1 天然气汽车的构成72.3.2 汽油车改为CNG汽车72.3.3 柴油车改为CNG汽车82.4 天然气汽车加气技术83 天然气汽车发展存在的问题及对策113.1 天然气汽车功率下降的原因及对策113.1.1 发动机功率下降的原因113.1.2 提高天然气汽车功率的措施113.2 天然气汽车的腐蚀与早期磨损及解决问题的措施123.2.1 天然气汽车磨损的原因123.2.2 减少腐蚀和磨损的措施133.3 发展天然气汽车所遇到的社会问题及解决问题的方法143.3.1 发展天然气汽车所遇到的社会问题143.3.2 解决问题的方法144 我国天然气汽车的发展趋势15
7、结论16参考文献17致谢180 结论1 绪论1.1 天然气汽车的定义目前国外都在大力发展代用燃料汽车，全球已经实际使用的代用汽车燃料有：压缩燃天然气 (CNG)、液化石油气(LPG)、甲醇、乙醇 电能等。CNG、LNG的原料为天然气，故称为天然气燃料，以此为燃料的汽车称为天然气汽车(NGV)。LPG是湿天然气的组分，并从湿天然气中回收制得的。习惯上也将LPG与CNG、LNG一起均称为天然气燃料，汽车也称天然气汽车。天然气作为一种新型的清洁汽车燃料已经得到了广泛的研究和应用。1.2 天然气汽车的发展1.2.1 国外天然气汽车的发展状况随着全球汽车工业的迅速发展，汽车每年要消耗大量的石油资源并排放
8、出大量的有害气体，按目前人类消耗石油的速度，全球已探明的石油资源仅能使用四十年。面对着资源的匮乏及环境的污染，国外早在十八世纪就开始致力于天然气汽车的研究。天然气作为汽车燃料于20世纪30年代初由意大利率先利用，到1939年意大利人就有10000辆汽车燃用天然气。前苏联在在1938年就研制出两种天然气汽车，战后从19471948年开始批量生产吉斯-156和格司-51B型压缩煤气瓶汽车，但5060年代发展都比较缓慢。直到1973年第一次石油危机之后，人们才逐渐确认了汽车燃用天然气既经济又清洁且安全等优点。目前，全球共有486万辆天然气汽车。以天然气为燃料的汽车在哥伦比亚越来越受青睐，该国使用的天
9、然气为燃料的汽车已达到40万辆，成为世界上第八大天然气燃料汽车国。据德国联邦政府2007年透露的一组数据显示，2006年德国天然气汽车保有量增加了40%，天然气汽车数量从38993辆增加到54772辆。其中，42765辆为乘用车、10124辆为卡车。日本燃气协会正在致力于推广环境友好的天然气汽车事业。天然气汽车是在20世纪80年代开始进入日本市场。从那时起，日本天然气汽车保有量稳步增长。2001年11月底，日本拥有天然气汽车数量为10000辆；到2006年12月底日本天然气汽车保有量超过了30000辆，天然气加气站数量达324座。以上这些数据显示，世界各国的天然气汽车保有量呈逐年上升的趋势。1
10、.2.2 国内天然气汽车的发展状况近年来，随着国家和人们环保意识的增强，改装天然气汽车得到很快发展。我国NGV从20世纪50年代开始出现，主要采用低压气囊式。随着国民经济的迅速发展，交通运输及农业机械对矿物燃料需求急剧增加，燃料紧缺程度加大，从1986年以后我国NGV出现了良好的势头。目前国内使用的天然气汽车主要是由在用车改装的两用燃料汽车。我国于1998年启动“空气净化工程清洁汽车行动”后，我国天然气汽车的发展速度明显加快。目前，我国天然气汽车保有量为9.7万辆，国家正式确定的清洁汽车重点推广应用城市（地区）有19个。其中，北京公交集团已经拥有安装天然气发动机的公共汽车2759辆。天然气汽车
11、区域化发展模式逐步形成。为控制机动车排气污染，重庆广泛推广压缩天然气汽车，并要求主城区新增出租车、公交大客车均使用清洁能源，同时还加大对原来使用燃油的机动车进行压缩天然气改造。 目前，重庆主城区95以上的出租车和92的公交大客车已使用压缩天然气汽车，使得重庆天然气汽车的保有量成为全国之最，达到4万余量。1.3 发展天然气汽车的必要性1.3.1 能源的短缺天然气汽车是在环境污染日益加剧，车辆逐渐增多，能源短缺情况更加突出，天然气资源不断被开发出来的情况下提出的。进入21世纪，随着国家工业经济的崛起，汽车工业的发展对全球经济起到了巨大的推动作用。但汽车每年要消耗大量石油资源，按目前人类消耗石油的速
12、度。全球已探明的石油资源仅能使用四十余年。而我国的石油探明总储量为33亿吨。仅可开采22.6年。从1993年起，我国就成为石油净进口国，2003年进口800O万吨。到2020年这一缺口将达到30000万吨。我国煤炭储量大省山西省照现在开采速度最多只能开采40年。因此调整汽车能源结构是缓解煤炭石油资源匮乏的有效途径之一。寻找新的汽车能源已成为当今世界瞩目的重大课题。1.3.2 环境的污染由于汽车数量的不断增加，汽车尾气造成了严重的城市污染。近年来，我国机动车行业发展迅速，2006年，我国成为世界上汽车第四大生产国和第三大消费国， 汽车产量达700万辆，保有量2925万辆；2006年我国摩托车产量
13、达1450万辆，居世界第一，保有量5929万辆；农用车年产量达290万辆，保有量2400万辆。在2002年我国机动车快速增长38 的基础上，2006年我国汽车和轿车产量分别增长42 和80，如此快速的增长在世界汽车发展史上是绝无仅有的。随着机动车保有量的持续增长，全国机动车污染物排放总量持续攀升。来自国家环保总局污控司的数据显示：2006年，全国机动车碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物排放量已分别达到836.1、3639.8和549.2万吨，比1995年增加了2.51、2.05和3.01倍。2003年340个城市环境空气质量监测结果显示，能够达到二级空气质量标准的城市不足42，三级和三级以下的城市
14、高达58。北京、上海、广州等大城市机动车排放的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、细颗粒物在大气污染物中所占平均比例分别为80 、75 、68 和50，已成为这些城市空气污染的第一大污染源。据预测，按照目前机动车的发展趋势，2010年我国机动车排气污染在城市大气污染中所占的平均比例将达到79，从环境变化的趋势分析，如果不能有效控制机动车污染，到2020年，我国661个城市中将有400个城市的环境空气污染会从煤烟型转化为机动车污染型。1.3.3 良好的经济性国际上天然气贸易的历史数据及价格走势表明，天然气较燃油、液化石油气等具有一定的价格优势，而且国家发展和改革委员会能源研究所等单位在2006年中国
15、天然气发电政策研究综合报告中指出：“尽管天然气价格也受国际能源供需形势的影响，但影响没有石油大，按等热值计算，天然气(包括LNG)在价格上比石油有优势”。同等热量下，天然气价格较原油低30左右，因此推广使用液化天然气汽车具有一定的经济效益。2 天然气汽车技术2.1 天然气的特性天然气以甲烷为主要成分，随产地的不同，甲烷的含量为83%99%，由于组成的变化，理论混合比、发热量也将发生差异，常见的天然气特性主要有以下几点：一.密度低，天然气的密度一般为0.80 kgm,而汽油蒸汽密度为5.09 kg/m，可见，天然气密度远比汽油蒸汽小，而且低于空气密度，泄漏的气体很快会在空气中散发，不容易形成爆炸
16、气体；二.甲烷的沸点为-162，与常温下处于液态的汽油与柴油的搬运和存储方法有很大的差异；三.天然气的辛烷值为130，十六烷值为0，所以只能点燃，不能压燃；四.燃烧完全，天然气本身是气态，与空气混合均匀，燃烧完全，不结炭，可提高热效率10以上；五.天然气的热值高，是人工煤气的2.3倍，因而比人工煤气耐用；六.天然气的杂质含量极少是洁净能源，其燃烧所造成的污染仅为石油的1/40、煤炭的1/800；七.来源丰富，按近几年的勘察情况看，天然气的储量比汽油的多，世界上的天然气大约可以开采60年，而石油大约可以开采40年。而我国的天然气可以开采上百年，而石油只够开采20年。2.2 天然气汽车的特点2.2
17、.1 天然气汽车存在的优点天然气作为汽车能源的突出优点是：汽车发动机不必做大的变动就可直接使用，而且由于天然气的主要成分是丙烷和丁烷，它们在发动机内可以充分燃烧，与使用汽油车相比，天然气汽车颗粒物排放几乎为零，NO、CO和THC的排放也显著降低，从而使汽车所排放的有毒气体成分大大低于汽油发动机和柴油发动机汽车。天然气的价格比汽油便宜，约是汽油的一半。一.热效率高天然气的辛烷值比汽油高，高达130，燃用天然气比燃用汽油时许用的压缩比高24个单位，相应的理论热循环热效率可以提高712。此外，天燃气与空气的混合气形成质量比汽油与空气的好，燃烧的完全度高，有利于热效率的提高。二.燃料价格较低如果l立方
18、米售价为3.4元，而汽油l升为5.3元 按热值算，l立方米天然气相当于08l升汽油，因此天然气要比汽油便宜。压缩天然气汽车是城市公交车及出租车改装的首选车型，下面以出租车为例说明压缩天然气汽车的经济性。如果出租车的改装费用为4000元，压缩天然气与汽油的经济比较如表l、表2所示。从表中可以看出，使用压缩天然气后，以每日行驶200km 计算，每日节省燃料费44.21元，月节省燃料费为1300元左右，改装费用可在3个月左右收回，则以后每年可节约燃料费10000元左右。从此可以看出，使用压缩天然气的经济性是非常良好的。表1 小轿车使用压缩天然气、汽油的比较燃料种类单车日行驶里程/KM价格行驶100K
19、M燃料消耗量单车日耗燃料费用/元单车日节约燃料费用/元汽油2005.3元/L10.0L106.0天然气2003.4元/m9.1m61.8844.12表2 压缩天然气、汽油热值比较燃料热值价格按热值计算价格/（元MJ）汽油43.11MJ/L5.3元/L0.122天然气36.22MJ/m3.4元/m0.093三. 排污少天然气的燃烧比较完全，故排放物当中CO比汽油低9O，HC低5O，微颗粒低40。天然气的热值低，燃烧温度较低，故排放浓度小30，天然气中含硫量极少，低70，铅的排放也几乎为零，在发热量相同时排气中的低23。四.发动机使用寿命长1）天然气含硫量少，所以燃烧后的硫化物腐蚀性减轻，提高了寿
20、命；2）天然气以气态供入气缸对气缸壁的冲刷作用小，对润滑油的污染轻，使损害减轻。五.维修费用少，可减少501）天然气以气态形式存在不会稀释液态的润滑油，使换油周期增长，1万公里可换润滑油一次。2）天然气燃烧完全，所产生的积炭少，使火花塞、活塞环寿命增长。六.怠速及过度工况运行稳定性好不存在汽油所面临的汽油雾化、蒸发、管壁油膜等不稳定因素的影响，混合气浓度易于满足工况要求。七.使用天然气更安全可靠。NGV系统设有紧急切断、安全放散；充装限制、超流量自动截止等装置，不易泄漏和爆炸燃烧。天然气汽车可以像汽油车一样安全运行。2.2.2 天然气汽车存在的缺点一.动力性较低天然气与汽油相比，混合气的热值低
21、(天燃气空气混合气热值为336MJm，汽油空气混合气热值为382MJm)，动力性下降20。二.储气瓶占用空间较大lm常压天然气装入2OMPa的储气瓶中，约占5 L 容积，而与之等热量的汽油0.81Kg只占1.1L容积，CNG所占容积等于汽油的4.5倍。要保证相同续驶里程，天然气汽车的储气瓶的体积要比汽油箱就要大许多，同时增加了布置上的难度。三.汽车用户的初期投资较大天然气汽车的一些部件如储气瓶、安全阀等成本较高。对于采用较多的两用燃料汽车，在原车的基础上则要增加一套数千元到数万元人民币不等的天然气改装供气系统部件。四.建站费用较高全世界的天然气汽车多达480多万辆，建成的加气站约有3000多座
22、。建一座加气站约需500l000万元人民币，要推广天然气汽车，必须要有完善的加气网络，因此需要投入大量的资金。2.3 天然气汽车改装天然气可以用压缩天然气（CNG）和液化天然气（LNG）的方式在内燃机中加以利用，由于天然气汽车的沸点很低（-162），液化困难，所以目前大部分以CNG的方式利用。在CNG的利用方面，目前以在用车改装为主，而改装的车辆又以汽油车为主。2.3.1 天然气汽车的构成CNG汽车一般是在原汽油车上增装高压天然气储气瓶、充气阀、减压调节器、天然气空气混合器、燃料选择转换开关，点火提前角调节器、电磁阀及配管接头等部件组成，成为两用燃料汽车。一.高压天然气储气瓶视汽车类型设置不同
23、规格和个数的储气瓶，如客车设五只气瓶，每支水容积5OL，长度1.67m，重量60.4 kg，工作压力20MPa，可充气11.5m。二.充气阀用来给储气瓶充气的装置。内装止回阀，只允许气体进入，而不能外泄。在充气嘴孔的下端有一微型开关，用电线与发动机起动开关相连。当充气嘴插入时，微型开关自动断开，可避免启动发动机。三.减压调节器减压调节器为铝合金铸件，可经三至四级减压把20MPa的高压气减至0.05MPa或负压，然后输送到天然气空气混台器。四.天然气空气混合器混合器是将天然气与空气按最佳比例均匀混合，使天然气充分燃烧。五.燃料转换开关该开关安装在驾驶室内，只有汽油和天然气两档，司机可方便地任意选
24、择一种燃料。六.点火提前角调节器因天然气的辛烷值比汽油辛烷值高，燃烧时间充足才能完全燃烧，故天然气的点火提前角一般比汽油提前11l6。反过来，如按天然气给定的点火提前角，当汽油燃烧时会出现爆燃现象。因此，安装点火提前角调节器可以保证两种燃料完全燃烧。国外为电脑自动控制，可使系统达到天然气与空气最佳混合，使其完全燃烧。2.3.2 汽油车改为CNG汽车使用天然气作为发动机燃料的工作原理与原来的汽油机相同，将高压气瓶中储存的天然气经过减压后送到混合器中与空气混合，然后进入气缸。点火时仍然使用原汽油机点火系统中的火花塞点火，原汽油机的压缩比不变，结构基本不变，只是另外加上天然气的储气瓶、减压阀及相应的
25、开关，改装费用较低，而且仍可分别使用汽油和天然气两种燃料。虽然天然气的抗爆性能好，允许在较高的压缩比下工作，但在改装时为了原发动机仍能使用汽油工作，故原发动机的压缩比没有改变，使用天然气时发动机的功率要损失10% 20%。为了减少功率损失，而在改装时提高压缩比，并改变点火提前角以适应天然气的工作需要，虽可减少功率损失，但再用汽油工作时会产生爆震，甚至不能工作，所以改装时一般不改变发动机的压缩比。汽油车改装的天然气汽车操作非常简单，只需将燃料选择开关置于天然气一侧，高压天然气就从气瓶中经高压管线送到减压阀，经过两级或三级减压将天然气压力降至接近大气压，进入混合器与空气混合后进入发动机，经火花塞点
26、火即可工作。气瓶中的压力不足时，要及时到加气站加气，一般加气后气瓶压力应达到20MPa，汽车可行驶250km左右。2.3.3 柴油车改为CNG汽车柴油车的改装有两种方法：一是原柴油车的结构不变，按电点火方式改装，即按汽油机的工作原理工作，把原来柴油机的燃料系统全部去掉，压缩比降低到天然气能工作的数值。装上天然气燃料系统和电子点火系统，成为只燃烧天然气的单燃料天然气汽车。该方法比较简单，技术也比较成熟，但不能再用柴油工作，而且发动机功率损失较大，只有原来柴油机的65%70%第二种方法是原柴油机燃料系统不变，再加上上述天然气燃料系统，一般压缩比不用改变。发动机气缸吸入空气和天然气的混合物后，由原来
27、的柴油喷嘴喷入少量柴油用于引燃。柴油压燃着火后，点燃天然气和空气的混合气进行工作，通常称这种车为柴油/天然气双燃料汽车。双燃料的工作方式不仅不会损失功率，而且由于天然气的燃烧性能好，还能比原来的柴油机的功率略有增加，实验证明，在高负荷运行时天然气可替代80%左右的柴油。2.4 天然气汽车加气技术天然气汽车技术主要分为给汽车充气的加气站和汽车增装的天然气供给及减压系统。一天然气汽车加气站的现状CNG加气站按加气能力可分为大型、中小型和移动式加气站。据统计，现在国外有3OO0多座加气站，其中以俄罗斯、意大利、美国和新西兰等国的发展最为典型。俄罗斯有加气站187座，分为大型站(可日加气500辆车，配
28、备900mh压缩机5台，加气柜8套)，中型站(可日加气3O0辆车，配备900mh压缩机3台，加气柜6套)，小型站，另有综合站、汽油、柴油的混合站)加气站的技术设备水平为中等。美国自l99O年通过清洁大气条例修正案后，在原有3.2万辆CNGV的基础上，以每年5%10%的速度增长。到1997年底，美国已有CNGV加气站l102座，4万辆CNGV。加气站加气方法由以慢充为主发展到快充以及快、慢充结合法，加气站的规模也视各地的具体情况有大、中、小型之分，配备的压缩机在2128MPa出口压力下，每小时压缩天然气34 3400m。美国CNG加气站一般建在靠近天然气管网的地方，加气站系统具有先进的自动化及天
29、然气压缩设备，并为地方政府所认可。在远离天然气管网的地方建LNG/CNG加气站，即由附近的天然气液化厂运来LNG，直接为LNGV加注LNG，或由LNG汽化后为CNGV加气。此时，甲烷纯度极高，十分有利于确保发动机的性能，提高其寿命，减少维修费用。另外，美国也有加装CNG、汽油和柴油的综台站。在新西兰，由于政府的鼓励和天然气价格的优势，天然气汽车自1979年以来发展速度很快，曾达到387座加气站和l5万辆CNG两用燃料汽车的规模 其加气站一般配备2OOm/h的压缩机，利用多组系统储存CNG，电子装置操作电磁阀和圆顶装载机，控制组与组间的自动顺序充气，储存气体的利用率由30%提高到70%，并保证加
30、气站高峰时所有车辆几分钟内快速加气。为了满足在没有天然气管网的地区使用和发展NGV，国外天然气汽车子母站应运而生。一套子母站系统包括母站、转运车、子站三部分。最广泛采用此形式加气的国家是意大利、新西兰、美国、澳大利亚、马来西亚、印尼也正在增加子母站系统的使用。二加气站一般有来气处理调压计量装置、天然气增压压缩机、CNG储气钢瓶组、充气顺序控制系统、加气机五部分。1）来气处理调压计量装置视来气气质条件可将气体分离、干燥、脱硫、脱油以满足车装天然气气质标准。合格天然气需进行计量和调压以保证进气压力平稳并防止超压。2）天然气增压压缩机目前增压压缩机种类较多，国内国外都有。国外有澳大利亚、加拿大、新西
31、兰、意大利、美国、德国、奥地利各公司的压缩机，国内以重庆压缩机厂为主体，压缩机大都是v型、四级压缩、水冷、空冷固定、往复活塞式、少油润滑。排气量200Nm/h600Nm/h，进气压力0.3MPa，排气压力25MPa。3）CNG储气钢瓶组为了加快充气和减少频繁启动压缩机，应储备一定体积的气量，设有CNG钢瓶组。储气钢瓶组按压力并联编组宜分为高、中、低三组，容积比为1：2：3。把储气瓶组成这样的三组，目的是为了让储气瓶中有一组首先达到额定储气压力，也就是先充高压组，再中压组，后低压组，最后全部达到储气额定压力。所谓的高、中、低压组只说明充气的先后次序而已，并不代表实际压力高、中、低。4）充气顺序控
32、制部分该系统能有效地实现按高、中、低压气瓶组充气。当压缩机起动后，可先向储气瓶充气。当充气管线压力达到22MPa时，高压瓶组的调压阀开启，先对高压瓶组充气，而高压瓶组压力升到22MPa时，中压瓶组调节阀开启，向中压瓶组充气，当中压瓶组压力达到22MPa时，低压瓶组调节阀开启，向低压瓶组充气，当低压瓶组压力达到22MPa时，压缩机就及时对三组瓶组充气，当瓶组压力都充到25MPa时，压缩机自动停车。当汽车加气压力下降到22MPa时(此压力自定可调)，压缩机自动启动，对瓶组进行补气。5）加气机加气机由流量计系统、计价器和加气系统组成。顺序加气系统是向两个储气瓶剩余压力不同的CNG汽车同时加气装置，取
33、气顺序正好与充气顺序相反。给汽车加气时，先从低压气瓶组取气，当压力平衡后，再从中压瓶组取气，再待压力平衡后，从高压瓶组取气。这样加气的优点在于当二部CNG汽车钢瓶剩余压力不同时，可分别从不同储气瓶组取气，如其中一部汽车的剩余压力高于低压储气瓶时，则从中压储气瓶组取气，而另一部则从低压储气瓶组取气。这一系统的另一优点是当汽车加气高峰时，可以将储气瓶组的压缩气取出58%，而同时从三组储气瓶取气时，只能取出气量20%。流量计可以记录瞬时流量，并累计流量。如把气价输入，在计价器上可显示出每次加气需要的款额。3 天然气汽车发展存在的问题及对策 天然气具有来源丰富、污染小、经济性好等一系列优点，虽然存在着
34、一些缺点和问题，但都是可以解决的。3.1 天然气汽车功率下降的原因及对策3.1.1 发动机功率下降的原因天然气汽车使用中的一个主要问题是发动机的功率比使用汽油时有明显下降。据资料报道，汽车在使用天然气作燃料时，功率一般要下降15%左右，个别时候下降更多。功率下降的结果，一方面导致汽车重载、爬坡或加速时动力不足，另一方面导致燃料消耗相对增加，并增加污染物排放量。天然气汽车的功率下降主要原因在于燃料本身的特性和发动机的构造。在燃料性质方面，汽油是液体燃料，而天然气是气体燃料。使用汽油时，液态汽油的体积与进气体积相比几乎可以忽略不计，但用天然气作燃料时，燃料本身的体积在整个进气中占有较大比例，因此导
35、致进入气缸的空气量减少，充气系数下降，从而导致发动机功率下降。在发动机构造方面，决定发动机功率的主要因素是发动机的压缩比，压缩比越大，热效率越高，有效功率就越大。同时，压缩比越大，发动机爆震的倾向也越大。因此，发动机压缩比还必须与燃料的抗爆性相适应。汽油的抗爆性决定了汽油机的压缩比不可能太大，但天然气的抗爆性很好，完全可以用于压缩比较大的发动机，从而提高其功率。天然气汽车的应用还处在起步阶段，天然气的供应远不象汽油那样普及，在这种情况下，专门设计的天然气发动机汽车很难推广。目前投入运行的天然气汽车大多是两用燃料汽车，既可以用天然气，也可以用汽油。这种两用燃料汽车为了兼顾使用汽油的需要，压缩比提
36、高较小或者没有提高。因此天然气高抗爆性的特性并未得到充分发挥，导致发动机功率下降。另外，天然气的热值低也是影响天然气汽车发动机功率下降的一个重要原因。3.1.2 提高天然气汽车功率的措施一.提高充气系数充气系数下降是导致天然气汽车功率下降的重要原因，从理论上讲，提高充气系数是提高功率的一种途径。但充气系数下降是由天然气本身的性质所决定的，从燃料方面显然无法解决这一问题，唯一的解决办法是采取进气增压措施。二.适当提高发动机压缩比天然气的辛烷值很高，抗爆性非常好，如果直接在汽油机上使用天然气，就不能充分利用天然气的这种优点，提高发动机功率。如果减小发动机的燃烧室容积来提高发动机的压缩比，就可以提高
37、发动机的功率，在一定程度上弥补部分功率损失，这种方法是人们通常采用的一种方法。但是，考虑到目前大部分天然气汽车都是两用燃料汽车，发动机压缩比不可能提高太多，否则一旦换用汽油作燃料，有可能产生爆震。因此压缩比的提高有一定限度，应根据实际情况确定。例如，原来使用90号汽油的汽车，改成两用燃料汽车时，可将压缩比提高到使用93号汽油的压缩比；原来使用93号汽油的发动机改成两用燃料汽车时，可将压缩比提高到使用95号或97号汽油的压缩比。对于象城市公共汽车那样在固定线上行驶，天然气供应有保障的汽车，应当提倡使用压缩比与天然气抗爆性相适应的单一燃料天然气汽车，充分发挥天然气高压缩比的特点，以提高汽车发动机功
38、率。三.使用专用天然气汽车发动机润滑油天然气是气体燃料，使用中不会出现发动机润滑油稀释现象，因此可以使用粘度较低的润滑油，这样可以减少粘度造成的功率损失，提高发动机的效率。同时，天然气汽车专用发动机润滑油可以有效防止气门、活塞环等燃烧室部件的腐蚀与磨损，防止气缸压力下降引起的功率损失。在CA6102天然气发动机台架上，对使用天然气发动机润滑油和使用ESC30汽油机润滑油进行了对比试验，试验表明：与使用ESC30汽油机润滑油相比，使用天然气发动机润滑油可以增大发动机的功率和扭矩，降低燃料消耗率10%左右。3.2 天然气汽车的腐蚀与早期磨损及解决问题的措施3.2.1 天然气汽车磨损的原因汽车以天然
39、气作燃料时，发现燃烧室部件明显腐蚀，甚至曲轴也出现腐蚀，气门、活塞环和气缸磨损严重，与使用汽油时相比，汽车大修期通常要缩短1/3到1/2。这是天然气汽车面临的另一个问题。天然气汽车出现腐蚀和早期磨损的原因是由于天然气中含有微量硫化合物(硫化氢)，引起气缸、气缸壁的腐蚀与磨损，使发动机动力下降，使用寿命缩短，汽车大修期缩短。3.2.2 减少腐蚀和磨损的措施一.天然气脱硫天然气汽车发生腐蚀和早期磨损的根本原因是由于天然气中含有微量硫化氢。因此，对天然气进行脱硫处理是减少腐蚀和磨损的重要手段。但对天然气进行脱硫处理，也很难将硫化氢完全除去，因此，天然气对发动机的腐蚀是很难完全避免的。二.采用耐腐蚀材
40、料采用抗硫化物腐蚀的金属材料制造发动机也是防止腐蚀的一个重要措施。但这种方法仅适用于新发动机的制造，对于现有发动机是无能为力的。三.使用专门的天然气汽车发动机润滑油使用天然气汽车发动机润滑油代替目前使用的汽油机润滑油是防止天然气汽车发动机腐蚀的有效措施，这种方法不但简便，而且不增加成本。天然气汽车发动机润滑油与汽油机润滑油相比具有较高的碱值，有很强的酸中和能力。5万公里行车试验表明，该润滑油能有效防止硫化氢的腐蚀，减少发动机磨损，延长发动机大修期1/2以上。该汽车5万公里道路试验前、后气缸尺寸变化以及燃烧室部件腐蚀与磨损情况分别列于表3和表4。表3 试验前后气缸尺寸变化情况车号润滑油类型行驶里
41、程/KM汽缸尺寸/mm1缸2缸3缸4缸5缸6缸平均026ESO30汽油机润滑油43655圆度试验前0.0100.0100.0150.0100.0200.0100.013实验后0.0200.0300.0500.0500.0300.0300.035锥度试验前0.0100.0100.0000.0100.0100.0100.008实验后0.0750.0700.0700.0550.0500.0650.064018天然气发动机润滑油52968圆度试验前0.0200.0100.0100.0050.0100.0150.011实验后0.0200.0200.0200.0200.0300.0300.023锥度试验前
42、0.0300.0100.0200.0300.0300.0300.025实验后0.0750.0700.0500.0500.0500.0650.06402451984圆度试验前0.0100.0100.0200.0010.0050.0150.010试验后0.0200.0200.0200.0300.0300.0300.025锥度试验前0.0100.0100.0100.0100.0000.0100.008试验后0.0690.0550.0400.0500.0500.0650.055表4燃烧室部件蚀磨情况车号润滑油类型行驶里程/km燃烧室部件腐蚀及磨损情况更换气门次数更换活塞环次数气门腐蚀状况气门最大磨损量
43、/mm气门平均磨损量/mm026ESC30汽油机润滑油4365511严重腐蚀0.0750.0171018天然气发动机润滑油5296800正常0.0750.01410245198400正常0.0600.01343.3 发展天然气汽车所遇到的社会问题及解决问题的方法3.3.1 发展天然气汽车所遇到的社会问题我国发展天然气汽车才刚刚起步，因此，社会上普遍对发展天然气汽车了解不多，支持不够，尤其在征地、办理审批手续、建站改车、改装车辆行驶、年检困难；建站改车投资大，政府没有法规和经济上扶持政策，推广天然气汽车仅仅是企业行为很难发展。3.3.2 解决问题的方法一.加强天然气汽车管理、协调工作天然气汽车成
44、为一项产业，涉及政策、技术、经济、社会绪多方面，综观世界各国发展天然气汽车的历程，均是一项政府行为，必须有主管部门进行协调与组织。国家及地方各级政府应建立相应的组织机构。二.政府给予适当的优惠政策世界许多国家均颁布奖励条例，以鼓励民间企业共同开发研究，积极推广天然气汽车，因此，建议有关部门将天然气汽车列入绿色工程计划、减免税收并给予一定的拨款和低息贷款。三.天然气汽车转换装置及相关设施国产化目前，国内的天然气汽车转换装置及相关配套设施的开发与生产远远跟不上需要。因此，有必要组成产业集团，集中力量引进和吸收国外先进技术，开发和生产有关设备，逐步实现国产化，才能保证天然气汽车项目的顺利发展。四.将
45、加气站列入城市总体规划改车与加气是两项相辅相承的工作，没有充足、方便的加气站必将影响改车的积极性，在国内大中城市土地资源普遍紧张的条件下，将加气站纳入城市总体规划是合理布点和减少土地资源浪费的有效措施。4 我国天然气汽车的发展趋势就世界范围而言，石油的蕴藏量已经不能满足汽车日益增长的需要，我们必须为汽车寻求新的稳定能源，天然气与其他代用燃料（如甲醇、乙醇、氢等）相比，具有较稳定的供应源，并具有排放污染小、热值较高、成本低的优点，受到许多国家的青睐，并被视为最有发展前途的清洁燃料。2007年9月底我国私人机动车保有量近1.2亿辆，每年需要消耗大量的燃油，使我国的供油缺口很大。虽然我国天然气的产量
46、还不高，但近几年陆续探明大批可采用的油田，分布在全国15个省区的18个大型气田其总蕴藏量在几亿立方米以上，远景产气量可跃居世界前几位，为我国发展天然气汽车提供了有利条件。随着改善生态环境的呼声日益高涨，也更加促进了我国加速发展天然气汽车。四川省发展天然气汽车已具规模，到2010年，全省的天然气汽车保有量将达到10万辆。推广天然气汽车，过去是为了解决燃油短缺的问题，现在重点是解决大气排放污染的问题。过去的主要改装对象是汽油车，其中大部分是化油器式的汽车，现在已逐渐发展到改装柴油车和电喷式汽车。过去的改装方向主要是气、油混燃，即两用燃料汽车，现在已倾向于高性能的单燃天然气方向发展，无论车上转换装置，还是加气站上设备技术都在不断的发展和提高。发展新能源汽车，要重点发展各种液