燃气汽车

以天然气为燃料的汽车

燃气汽车又称为天然气汽车，是主要由燃烧材料驱动的汽车，可分为液化石油气汽车和压缩天然气汽车两种。燃气汽车主要以天然气为燃料。它的CO排放量比汽油车减少90%以上，碳氢化合物排放减少70%以上，氮氧化合物排放减少35%以上，是较为实用的低排放汽车。燃气汽车已在世界和中国得到了推广应用。

技术原理

燃气汽车的燃料存储大多是使用的是天然气或者压缩天然气，车用压缩天然气一般被压缩为20-25MPa左右。可将天然气，经过脱水、脱硫净化处理后，经多级加压制得。然后再泵入连接至汽车后部、上部或支架的高压筒形气瓶其使用时的状态为气体。

燃气汽车的发动原理与汽油汽车的原理一致。当天然气汽车发动机启动后，天然气从储气瓶通过软管导入燃料，在发动机附近，天然气将进入压力调节器从而实现降压。将高压气瓶中储存的天然气经过减压后送到混合器中，燃料在四冲程发动机的混合器中与空气混合。传感器和计算机将对燃料和空气的混合气体进行调节，以便火花塞点燃天然气时，燃烧更有效。然后，天然气将进入多点顺序喷射喷轨，该喷轨会将气体引入气缸中，仍然使用原汽油机的点火系统中的火花塞点火。

燃气汽车的主要技术有：燃料的随车携贮容器（铝基复合材料、碳素纤维玻璃钢材料，重量为钢瓶的30－50%）、储运、加气站的设备与技术；供给系统与混合燃烧技术；燃气喷射系统及闭环控制技术；内燃机上广泛采用的电控喷射技术、增压中冷技术、四气门技术、稀薄燃烧技术等，以减少较汽油机带来的功率损失不大于10%。

基础设备

CNG汽车加气设备：

CNG加气的主要设备包括：气体预处理系统（进站计量装置、过滤器、干燥器等）；压缩机组；储气装置；充气优先级控制盘；售气机。

按加气所需时间长短的不同，CNG汽车加气站可以分为两类：一类是加气速度可以与汽油或柴油系统相比的快充式；另一类是加气时间要达到几个小时的慢充式。

CNG汽车改装设备：

CNG汽车改装检测设备产品包括气密性试验装置、气瓶支架强度检测、氮气置换装置、气体泄漏检测仪、手动试压泵、真空泵等。

历史沿革

国外

在国外，LPG和CNG汽车经历半个世纪的开发、实用和改进，在技术上已成熟，并实现了商品化，LNG汽车尚处在商品化的过程中（美国以38%的速度在增长）。国内大约有400多辆LPG汽车和2000多辆CNG汽车在试运行。

在全球范围内，以压缩天然气（CNG）和液化石油气（LPG）作为汽车燃料已有70多年的历史。最早的压缩天然气（CNG）加气站是意大利人于1931年建成的，随后世界上很多国家也开始在燃气汽车技术上进行探索。国外使用CNG、LPG作为汽车燃料的历史很悠久，到1973年第一次石油危机之后，各国给予了足够的重视。

20世纪80年代以来，随着对环境污染的日益重视，CNG、LPG被作为“清洁燃料”，在世界各国得到了大力提倡，并且大力开展研究开发工作，技术上取得了很大的成功。CNG及LPG汽车发展较好的国家和地区有美国、加拿大、意大利、荷兰、澳大利亚、新西兰、韩国、日本、独联体各国等，CNG及LPG汽车的总保有量已达1000万辆以上，截止到2000年达到2000万辆以上。

为适应汽车能源变革的大趋势，世界上各汽车制造商都纷纷投资开发天然气汽车。如美国通用、福特、克莱斯勒。德国宝马公司从94年起按年产2000辆天然气汽车投产。三大汽车公司组成“天然气汽车技术联合体”，已于1998年将天然气汽车造价降低一半。已有500多万辆天然气汽车行驶在意大利、美国、荷兰、澳大利亚、法国、日本、新加坡、新西兰、印尼等十多个国家，其中近400万辆是LPG汽车。据报道，这一类汽车在美国的年增长率为13.46%。推动天然气汽车应用的主要力量是各国政府、政府将应用和推广天然气和LPG汽车作为能源战略措施并立为国策，通过制订法规来实施，带有一定的强制性。同时，又配套制定了各项优惠和补贴措施进行鼓励。在政策、法规和优惠措施的支撑下，许多国家都制订发展计划。如美国21世纪初有2000万辆汽车使用天然气和LPG。俄罗斯计划2005年前18%的小汽车、40%的公共汽车实现天然气化等等。

中国

中国开始发展燃气汽车的标志是1988年在四川南充建立了第一座加气站。中国已建成加气站730多座，改造汽车近30万辆。中国从1995年开始，已作为政府行为来推动，推动力度逐年加大、这使从事多年天然气和LPG汽车开发和制造的企业受到很大的鼓舞。许多有识之士也都纷纷投入应用和推广的行列，各大城市都在部署和采取行动，这从各报纸的报道中已可以看到四、以气代油，现实可行。

在中国天然气汽车的发展中，政府各部门协同配合，切实保证政策的连续性和一致性。为缓解日益严重的环境污染和快速发展的汽车工业之间的矛盾，1999年12月7日，科技部、原国家环保总局牵头，会同国家有关部委联合印发《关于实施“空气化工程清洁汽车行动”的若干意见》，决定在占汽车保有量10%，占总行使里程40%－50%的公共汽车和出租车行业中推广天然气等清洁汽车，并确定了北京、上海、天津、重庆等19个清洁汽车重点推广应用城市。

中国推广应用的是可分别燃用压缩天然气或汽油压缩天然气—汽油两用燃料汽车，简称CNG汽车，今后还将大力推广应用单燃料天然气汽车，这相比传统的油来讲更加环保更加节能减排同时更加经济。中国有近3000辆CNG汽车，已建有加气站31座。LPG汽车在中国的发展是在进入九十年代之后。由于它比CNG易于储存和运输，因此它的发展势头更好，已超过CNG汽车的发展。按中国的趋势看，LPG汽车在短期内就将有巨大的发展，2000年一些大城市的出租车队以及公交车上占一定的比例，到2010年为止得到大力推广，预计中国LPG汽车总数达数十万辆。CNG汽车的普及将会滞后于LPG汽车，但在一些资源优势明显的城市和地区将逐渐发展起来。截止到2010年，中国CNG和LPG汽车将占汽车保有量的2%~3%，其中80%为在城市里运行的轿车和乘用车。

从“清洁汽车行动”到“十一五”国家863计划节能与新能源汽车重大项目，国家科技计划相继投入近2.5亿的专项经费支持以天然气汽车为代表的代用燃料汽车技术攻关以及示范考核工作，带动相关科研投入，加快科技资源聚集，实现了天然气汽车关键技术的重大突破，以自主创新为基础的科技支撑为中国天然气汽车的可持续发展提供了强劲的动力。

一是组织实施了“单燃料CNG轿车开发”、“重型LNG商用车产品开发”、“重型载货汽车专用CNG发动机产品开发”、“缸内直喷LNG发动机产品开发”、“达到国4标准的二甲醚发动机产品开发”等一批产学研结合的代用燃料汽车动力总成和整车自主创新项目。设计开发流程日益规范、关键技术取得突破。天然气发动机开发由原来的简单燃料替换向正向开发技术转换，并掌握了增压中冷、稀薄燃烧等一批关键技术，天然气发动机技术水平得到全面提升。二是组织实施了“LNG/LCNG汽车加注站专用设备的研究开发及产业化”、“移动式LNG撬装加气站研究开发”、“CNG储气井检测技术与系统的研发”、“代用燃料汽车专用装置关键技术开发”等一批产学研结合的代用燃料汽车配套关键附件及加注基础设施自主创新项目，掌握了各类天然气和液化石油气气瓶、发动机ECU、喷嘴、高精度减压器等关键零部件和大排量天然气母站用压缩机等主要设备的开发与生产制造技术，产品性能接近国际先进水平。三是组织实施了“燃气汽车动力系统技术平台与整车开发”、“生物柴油组分及汽车匹配技术研发”、“车用生物柴油测试评价技术研究与开发”、“氢气天然气发动机开发”、“甲醇灵活燃料汽车开发”等一批能力建设科技项目，形成了一批以汽车整车和发动机骨干企业为核心、研究院所和大学积极配合的研发团队，形成了较强的产品开发能力，并已经开始承担国外委托的技术产品开发任务。

主要特点

燃气汽车主要有液化天然气汽车（简称LPG汽车或LPGV）和压缩天然气汽车（简称CNG汽车或CNGV）。顾名思义，LPG汽车是以液化石油气为燃料，CNG汽车是以压缩天然气为燃料。

1.燃气汽车是清洁燃料汽车。燃气汽车的排放污染大大低于以油为燃料的汽车，产生的一氧化碳、臭氧和能生成烟雾的可反应烃等有害物质少，点燃天然气需要更高的温度和浓度。燃气汽车的CO排放量比汽油车减少90%以上，碳氢化合物排放减少70%以上，氮氧化合物排放减少35%以上，CO2少20～30%，噪音降低40%，尾气中不含硫化物和铅和苯。而且天然气是无毒、不致癌、无腐蚀性的气体，所以天然气比汽油更安全。大大减轻了对环境的污染，故当之不愧地被称为“洁净能量”，燃气汽车的推广应用被称为“绿色革命”。是较为实用的低排放汽车。许多国家已将发展天然气汽车作为一种减轻大气污染的重要手段。

2.抗爆震性好，辛烷值达103－110，远高于汽油，有利于增大燃气压缩比，提高发动机的动力性能。

3. 燃料以气态进入气缸，燃烧较充分，热效率高，积炭少，这使发动机的大修期延长30—40%，使润滑油更换周期延长50%，降低了维护费用和运行成本。

4. 采取了多项有效的的技术措施和设施，使燃气在完全密闭的系统中运行，比汽油安全、如LPG汽车从投入使用未见爆炸记录。

5. 天然气资源丰富，价格便宜，具体经济指标须视当地天然气或LPG供应价与汽油价格之差而定，以LPG为例。大体上说，可使汽车用户省10—15%的燃料费，而对于LPG充气站的投资者来说，约1年能收回全部投资，推广LPG汽车是一项可以得到回报的投资行为，并不象附加尾气净化器或增加电喷反馈控制功能那样是单纯的消费支出、增加购置成本而无回收机会。对于燃气供应商而言，汽车应用燃气等于新开拓了一个规模庞大的销售面。供一辆公共汽车的LPG量相当于供50—70户居民用气量，而且前者经营成本低、利润高。

组成结构

压缩天然气（CNG）汽车系统通常包括：天然气气瓶、减压调压器、各类阀门和管件、混合器（或者天然气喷射装置）、各类电控装置等。天然气发动机还包括锻造铝合金、高压缩活塞、镍钨硬化合金排气门座和甲烷催化转化器。CNG汽车采用定型汽车改装，在保留原车供油系统的情况下增加一套“车用压缩天燃气转换装置”。改装部分由以下三个系统组。

（1）天燃气系统。主要由充气阀，高压截止阀，天燃气钢瓶，高压管线，高压接头，压力表，压力传感器及气量显示器等组成。

（2）燃气供给系统。主要由燃气高压电磁阀，三级组合式的减压阀，混合器等组成。

（3）油气燃料转换系统。主要由三位油气转换开关，点火时间转换器，汽油电磁阀组成。

CNG气瓶是压缩天然气汽车的主要设备之一。气瓶的设置和生产都由严格的标准控制。CNG车用气瓶可以分为四类：第一类气瓶是全金属气瓶，材料是钢或铝；第二类气瓶采用金属内衬，外面用纤维环状缠绕；第三类气瓶采用薄金属内衬，外面用纤维完全缠绕；第四类气瓶完全是由非金属材料制成，例如玻璃纤维和碳纤维。

燃气钢瓶的瓶口处安装有易熔塞和爆破片两种保安全装置，当气瓶温度超过100摄氏度，或压力超过26MPa时，保安装置会自动破裂卸压，减压阀上设有安全阀；气瓶及高压管线安装时，均有防震胶垫，卡箍牢固。因此，该系统在使用中是最安全可靠的。

汽车以CNG做燃料时天燃气经三级减压后，通过混合器与空气混合进入气缸，压缩天燃气由额定进气气压减为负压，其真空度为49-69KPa。减压阀于混合器配合可满足发动机不同工况下混合气体的浓度要求。

减压阀总成设有怠速阀，用以供给发动机怠速用气；压缩机减压过程中要膨胀做功对外吸热，因此在减压阀上还设有利用发动机循环水的加温装置；为提高该车的操作性能，驾驶室设置有油气燃料转换开关，用来同意控制油气电磁阀及点火时间转换器，点火时间转换器由电路系统自动转换两种燃料的不同点火提前角；仪表板上气量显示器的5只红绿灯显示气瓶的储气量；燃料转换开关上还设有供发动机的供气按钮。因此，功能齐全，操作非常方便。当燃料转换开关置于天燃气位置时，电磁阀打开，汽油阀关断。储气瓶中天燃气流经总气阀，滤清器，电磁阀进入减压器，经多级减压至负压，再通过动力阀进入混合器，并与空滤器中来的空气混合点燃推动发动机曲轴转动。

混合器可在减压器的调节下，根据发动机不同工况下产生的不同真空度，自动调节供气量和空气与天燃气均匀混合，满足发动机的供燃要求。

动力阀可改变天燃气低压管及截面积，调节混合气阀关断，原车供油系统恢复状态正常供油，发动机正常运转。控制系统主要由燃料转换开关组成，通过控制汽油电磁阀和燃气电磁阀的开关，实现供油供气选择。

尽管一般认为由于天然气积碳少，机油更换的次数可以少一些，甚至例行的维护也可以少作一些，但汽车发动机和改装系统的定期维护可以保障天然气汽车与汽油车和柴油车相比具有更好的性能。

技术分类

不同种类的天然气汽车各有特点在推广中因地制宜，各显神通。其中LPG汽车的特点是技术上最成熟，安全可靠性好、能量密度大（一次充气的行程与汽油接并）， LPG的供应方便。压缩天然气（CNG）、液化石油气（LPG）是两种极有前途的汽车代用燃料。

按照燃料状态可分为：

压缩天然气（CNG）汽车压缩天然气是指压缩到20.7—24.8 MPa的天然气，储存在车载高压气瓶中。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。

液化天然气（LNG）汽车液化天然气是指常压下、温度为-162度的液体天然气，储存于车载绝热气瓶中。液化天然气（LNG）燃点高、安全性能强，适于长途运输和储存。

液化石油气（LPG）汽车液化石油气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，具有混合均匀、燃烧充分、不积碳、不稀释润滑油等优点，能够延长发动机使用寿命，而且一次载气量大、行驶里程长。

按照燃料燃烧方式可分为：

专用燃料天然气汽车：又叫纯CNG或LPG汽车，单独燃烧CNG或LPG；发动机只使用天然气作为燃料。

两用燃料天然气汽车：既可以使用天然气也可以使用汽油作为燃料。汽油与LPG或CNG之间互相转换，互不影响；使用代用燃料与传统燃料的混合物（例如柴油和天然气）的汽车。汽车有两套独立的燃料系统，两种燃料能同时注入发动机燃烧室。

双燃料天然气汽车：柴油与CNG或LPG可以掺混燃烧，也可单独燃用柴油。可以同时使用液体燃料和天然气。具有两套独立的燃料系统，允许汽车或者使用代用燃料，或者使用普通燃料，在同一时刻只能使用其中一种。

按照燃料使用方式可分为：

代用燃料汽车：一辆改装后使用某种代用燃料的汽车或由原车生产商（OEM）生产的使用某种代用燃料的汽车。对于大多数定义，这一术语不包括那些使用混合或新配方汽油或柴油燃料的汽车。

清洁燃料汽车：任何能满足由美国环保局批准的按汽车重量分类规定的一种特殊低排放标准的轿车、轻型卡车、和重型卡车（总重量低于26000 lsb/1180 kg），使用代用燃料、新配方汽油或清洁柴油驱动的汽车均被列为清洁燃料汽车。

安全性能

天然气汽车与汽油相比，压缩天然气本身就是比较安全的燃料，在安全性能方面主要有以下特征。

燃点高：天然气燃点在650度以上，比汽油燃点427度高出223度，所以与汽油相比不易点燃。

密度低：与空气的相对密度为0．48，泄漏气体很快在空气中散发，很难形成遇火燃烧的浓度。辛烷值高：可达130，比最好的97号汽车辛烷值高得多，抗爆性能好。

爆炸极限窄：仅5～15%，在自然环境下，形成这一条件十分困难。释放过程是一个吸热过程。当压缩天然气从容器或管路中泄出时，泄孔周围会迅速形成一个低温区，使天然气燃烧困难。

其次，压缩天然气汽车所用的配件比汽油车要求更高。

国家颁布有严格的天然气汽车技术标准。从加气站设计、储气瓶生产、改车部件制造到安装调试等，每个环节都形成了严格的技术标准。

设计上考虑了严密的安全保障措施。对高压系统使用的零部件，安全系数均选用1．5～4以上，在减压调节器、储气瓶上安装有安全阀，控制系统中，安装有紧急断气装置。

储气瓶出厂前要进行特殊检验。气瓶经常规检验后，还需充气作火烧、爆炸、坠落、枪击等试验，合格后，方能出厂使用。

此外，天然气汽车有显著的经济效益。可降低汽车营运成本。天然气的价格比汽油和柴油低得多，燃料费用一般节省50%左右，使营运成本大幅降低。由于油气差价的存在，改车费用可在一年之内收回。

可节省维修费用。发动机使用天然气做燃料，运行平稳、噪音低、不积炭，能延长发动机使用寿命，不需经常更换机油和火花塞，可节约50%以上的维修费用。

标准规范欠缺也是燃气汽车面临的难题。车用液化石油气加气站和车用压缩天然气加气站的设计规范、车用气体燃料LPG、CNG等国家标准尚未完成；在加气站建设和燃料质量的保证上还存在较多的问题；此外，中国在用的19万多辆燃气汽车的专用装置来自十多个国家，有几十种品牌，所用储气瓶组合阀绝大多数为进口件。由于缺乏统一的标准，检验环节薄弱，不同程度上存在着安全隐患。

发展前景

汽车尾气的排放污染已成为中国大中城市的重要污染源而日益受到人们的关注。减少尾气排放污染也已成为治理城市大气污染的主要手段之一。1994年由科技部等部门新组建的国家清洁汽车协调领导小组及办公室。正式启动了“空气净化工程一清洁汽车行动”，力争在3—5年内使主要城市的空气质量有明显改善。“空气净化工程”首先将在占汽车总运行里程约40%—50%的公共汽车和出租汽车行业内大力推广清洁燃料如液化石油气(LPG)等代用燃料汽车。

助燃问题

燃气仍然是世界汽车代用燃料的主流，在中国代用燃料汽车中占到90%左右。美国的目标是，到2010年，公共汽车领域有7%的汽车使用天然气，50%的出租车和班车改为专用天然气的汽车；到2010年，德国天然气汽车数量将达到10万至40万辆，加气站将由180座增加到至少300座。业内专家指出，替代燃料的作用是减轻并最终消除由于石油供应紧张带来的各种压力以及对经济发展产生的负面影响。中国仍将主要用压缩天然气、液化气、乙醇汽油作汽车的替代燃料。汽车代用燃料能否扩大应用，取决于中国替代燃料的资源、分布、可利用情况，替代燃料生产与应用技术的成熟程度以及减少对环境污染等；替代燃料的生产规模、投资、生产成本、价格决定着其与石油燃料的竞争力；汽车生产结构与设计改进必须与燃料相适应。

政策扶持

一是要限制燃气价格，使油、气价格之间保持合理的差价，可保证燃气汽车适度发展；二是鉴于加气站投资大，回收期长，政府适当给予一定补贴，在加气站售出的气价和汽车用户因用气节省的燃料费用之间，调节好利益分配；三是对加气站的所得税，应参照高新技术产业开发区政策，采取免二减三的税收政策；四是将加气站用电按照特殊工业用电对待，电价从优；另外，对加气站用地，能按重大项目和环保产业对待，特事特办，不要互相推诿、扯皮，积极采用国外先进建站标准，科学确定消防安全距离，节省土地资源。

中国燃气汽车保有量达到19万辆，但在技术、标准等方面仍然存在许多问题——　鉴于2004版《汽车产业发展政策》的技术政策更加强调节能和环保，再加上2004年国内外石油价格的不断攀升，燃气汽车再次成为中国汽车业关注的热点。

中国骨干汽车企业已陆续开发出单一燃料或双燃料燃气汽车和大型公交车用发动机，并均已具备批量生产能力。国产高性能天然气加气站成套设备不仅部分替代进口，且有批量出口；清洁汽车关键零部件的技术水平和产业化能力明显提高。另外，燃气汽车专用部件、燃油汽车尾气催化转化器、油品质量及其添加剂等4个检测基地也已相继建立。

发展燃气汽车仍面临诸多难题。一是标准规范欠缺。车用液化石油气加气站和车用压缩天然气加气站的设计规范、车用气体燃料(LPG、CNG)等国家标准尚未完成；加气站建设和燃料质量的保证上还存在较多的问题。

二是关键零部件的技术水平还有差距，环保效果不够显著。中国尚属先进的技术，在国外可能已行将被淘汰，如在中国还未开始采用的废气再循环，国际上早已开发出来已很成熟，且将有新的技术替代。

三是燃气汽车加气站等基础设施建设滞后，关键设备与产业化有待突破。燃气汽车加气站投资规模较大，主要原因之一是进口关键设备如高性能天然气压缩机、脱硫及深度脱水装置等，价格昂贵，而国产设备的性能和可靠性，有待进一步提高，急需组织力量对关键技术进行攻关。同时，要加强国家的统一规划，制定配套政策，保证燃气汽车加气站的建设速度能够适应燃气汽车发展的需求。

因此，专家建议中国燃气汽车今后的发展重点，应放在全新的采用先进技术的单一燃料燃气汽车上，尤其应注意提高燃气汽车开发的科技含量，如采用电喷燃气闭环控制、实现稀薄燃烧、附加三元催化器等，争取达到欧洲Ⅲ号、欧洲Ⅳ号排放法规要求。

此外，中国还应加快制定燃气汽车开发的统一标准，规范技术要求；研制燃气汽车改装装置，在保证质量的前提下，提高国产化率，降低改装成本；加快基础设施建设与加气站设备的改进；继续开展示范城市活动，完善考核指标和评价方法。

截至2003年底，北京、上海、天津、重庆等16个城市被确定为清洁汽车行动的试点示范区。这16个重点推广城市的燃气汽车保有量达到19万辆，已建成加气站560多座。天然气汽车已经占到燃气汽车总量的40%以上。其中有近6万辆燃气汽车投入城市公交和出租车行业运营。虽然这些燃气汽车只占城市汽车保有量的10%，但由于集中在城市区域往复行驶，总运行里程却占40%到50%。燃油税实施后，燃气汽车有望在税收上得到较大优惠。

然而，燃气汽车的排放优势仅相对于化油器式发动机汽车而言，要使燃气汽车达到欧Ⅲ、欧Ⅳ等更严格的排放标准，还必须大规模应用电控、缸内直喷、多点喷射、稀薄燃烧、增压、催化转化等技术。因此，让燃气汽车成为真正的清洁汽车还有很长的路要走。

汽车标准化技术人员认为由于气体燃料体积能量密度低，仅为汽油的0.11%，行驶里程较短，因而加气站和供应网络的建设就必须走在前面。而这正成为制约燃气汽车发展的最主要因素。燃气汽车加气站等基础设施建设滞后，关键设备与产业化有待突破。燃气汽车加气站投资规模较大，主要原因之一是进口关键设备如高性能天然气压缩机、脱硫及深度脱水装置等价格昂贵，而国产设备的性能和可靠性又有待进一步提高，急需组织力量对关键技术进行攻关。

发展燃气汽车是环保产业的一部分。国家推行清洁汽车行动，侧重于燃气汽车发展的方针、原则和步骤。清洁燃料汽车专家认为政策对发展燃气汽车至关重要。法令法规性政策是燃气汽车发展的前提，低价位的气价政策是促进燃气汽车发展的关键，优惠的财政政策是发展燃气汽车的保证。中国发展燃气汽车的具体政策尚不明朗。基本上还未涉及法规性政策、气价政策和财政政策。

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