一、燃氣汽車發(fā)動機國際發(fā)展趨勢及發(fā)展現(xiàn)狀

    隨著世界經(jīng)濟的飛速發(fā)展，汽車保有量的急劇增加，汽車給人們帶來了極大的便利，對人類社會發(fā)展作出了巨大貢獻，但同時消耗大量的石油資源、排出大量的有害氣體，并對人類生存環(huán)境造成較大的危害，成為城市污染的主要污染源。為解決這一問題，人們一直在尋求改變能源結(jié)構(gòu)，采用低公害的汽車代用燃料的途徑。國際上一些大的汽車公司相繼開發(fā)出電動汽車、醇類汽車、天然氣汽車。從技術(shù)成熟度、經(jīng)濟性、易普及程度、資源等方面因素看，天然氣汽車優(yōu)于電動汽車、醇類汽車。因此近年來世界上汽車總保有量超過7.5億輛，其中天然氣汽車保有量已超過600萬輛，加氣站數(shù)量6000座以上，主要分布在富氣貧油的意大利、新西蘭、阿根廷、印尼等國家和環(huán)保法規(guī)嚴(yán)格的美國、日本等。戴-克、康明斯、依維柯等國際知名公司都在不遺余力地大力研發(fā)和推廣各自的天然氣發(fā)動機（附表1）。特別值得一提的是，美國在LNG車用技術(shù)上處于領(lǐng)先位置，從推廣車型來看，LNG不但適用于城市公交車，同樣也適用于出租車和大型貨運車輛，尤其是長途車輛。從美國和歐洲的趨勢看，各國的天然氣汽車的研制重心已經(jīng)由CNGV汽車轉(zhuǎn)向LNGV。我國燃氣汽車保有量目前已超過22萬量，19個重點推廣應(yīng)用城市（地區(qū)）加氣站數(shù)量達712座以上。

    天然氣汽車發(fā)展迅速的主要原因在于：

    1.環(huán)境保護的需要

    天然氣汽車是清潔燃料汽車，尾氣排放少，環(huán)境污染少，與汽油車、柴油車相比，排放物降低情況如下：

    在美國為了達到《1990年清潔空氣條例修正案》（CAAA）標(biāo)準(zhǔn)，天然氣已成為廣泛使用的汽車代用燃料。美國有31個州制定了強制使用天然氣汽車的辦法。紐約州制定了6年清潔燃料車的應(yīng)用計劃，計劃到1996年燃氣汽車達到80%；德克薩斯州規(guī)定，1994年9月前，50%的校車、15%的公共汽車和政府機構(gòu)汽車必須具有雙燃料的能力。

    2.天然氣汽車技術(shù)日趨成熟

    天然氣汽車發(fā)展從上世紀(jì)30年代起，已有70多年的歷史，特別是經(jīng)過近些年的發(fā)展，技術(shù)已趨于成熟，先進的電子技術(shù)和機械制造技術(shù)使天然氣汽車的安全性和控制性能得到保證，續(xù)駛里程由初始50？70公里提高到300-400公里以上；天然氣汽車氣瓶重量和加氣站的體積大為減少；給汽車加注天然氣同加注汽油一樣方便，快速充氣僅需２？５分鐘。

    3.天然氣汽車基礎(chǔ)設(shè)施逐漸完備

    隨著天然氣汽車的發(fā)展，天然氣汽車加氣站逐漸形成網(wǎng)絡(luò)。據(jù)估計，目前世界上已有加氣站6000座以上。

    4.安全、經(jīng)濟

    與汽油、柴油及其它代用燃料相比，天然氣汽車的使用費用較低一般為汽油價格的50%，天然氣為高燃點的輕量氣體，在正常溫度和壓力下，危險性比汽油小。天然氣汽車?yán)鋯有阅芎茫\行平穩(wěn)，維修費用低（約為常規(guī)燃料車50%），直接用甲烷作燃料，不僅可大大降低汽車機械摩擦的耗損，延長使用壽命，且運行操作簡單方便，噪音也比燃油汽車降低40%。發(fā)動機使用壽命長。
 
    5.政府制定優(yōu)惠政策

為保護環(huán)境，減少污染，許多國家政府制定一系列鼓勵性政策促進燃氣汽車的發(fā)展。如天然氣價格優(yōu)惠、天然氣汽車稅費取費較低、生產(chǎn)燃料供給設(shè)備及建設(shè)加氣站等均在資金方面、稅收方面給予優(yōu)惠政策。

    二、我國燃氣汽車發(fā)動機的發(fā)展現(xiàn)狀

    目前，國外CNG發(fā)動機已在廣泛應(yīng)用第三代的技術(shù)，更先進的LNG缸內(nèi)直噴技術(shù)已得到小批試用，其動力性、經(jīng)濟性和排放俱佳，但其開發(fā)難度大，費用昂貴，成本也高，國內(nèi)尚未開始研制。第一代產(chǎn)品是機械式，第二代屬于簡單閉環(huán)控制，第三代是采用電控噴射CNG技術(shù)。電控噴射CNG系統(tǒng)采用高壓噴射，通過節(jié)氣門傳感器，氣體流量傳感器，轉(zhuǎn)速傳感器，水溫傳感器，進氣溫度傳感器，壓力傳感器和氧傳感器等經(jīng)過中央處理單元來控制點火、空燃比等。

    我國燃氣汽車發(fā)展始于50年代，即低壓天然氣汽車。80年代中、后期天然氣汽車的開發(fā)及應(yīng)用的步伐加快。國內(nèi)大型汽車廠和發(fā)動機廠如東風(fēng)、解放、上柴、濰柴、玉柴不斷加大產(chǎn)品開發(fā)力度，相繼推出了各自的產(chǎn)品在市場上推廣應(yīng)用（附表1），主要產(chǎn)品分為單一天然氣燃料汽車和雙燃料汽車（天然氣／汽油或柴油）。

    根據(jù)燃氣汽車使用天然氣的不同形態(tài)，可分為：壓縮天然氣（CNG），主要成分為甲烷，壓力一般在20-30MPa；液化天然氣（LNG），天然氣在超低溫（-162°C）常壓狀態(tài)下液化，天然氣經(jīng)凈化處理后通過壓縮升溫，在混合制冷劑N2、C1、C2、C3、C4作用下冷卻移走熱量，再節(jié)流膨脹而得到液態(tài)天然氣，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓常溫狀態(tài)下，其體積約為同量氣態(tài)天然氣的1/625，天然氣液化后為標(biāo)態(tài)體積的１／625，絕熱容器壓力為0.05-0.5MPa，液化天然氣的液化過程中幾乎完全去除硫、汞等雜質(zhì)。兩種形態(tài)的燃料發(fā)動機在國內(nèi)均已得到應(yīng)用。

    1、壓縮天然氣汽車1988年我國分別從新西蘭、澳大利亞、加拿大等國家引進了CNG加氣站的全套設(shè)施、改裝汽車部件及高壓氣瓶。分別建站于南充、大慶等地。同時進行了加氣站設(shè)施及汽車改裝部件的國產(chǎn)化工作。目前，業(yè)內(nèi)人士已普遍認(rèn)識到采用單一CNG作為燃料的優(yōu)點，國內(nèi)主要發(fā)動機生產(chǎn)企業(yè)均在進行第三代天然氣發(fā)動機研發(fā)，正在不斷替換技術(shù)水平較低的機械式發(fā)動機。CNG車已在四川、重慶、北京、西安、內(nèi)蒙、等地推廣。

    2、液化天然氣汽車是繼CNG汽車和LPG汽車之后于近年才開始發(fā)展起來的一種新型環(huán)保汽車，從本質(zhì)上講也是天然氣汽車，但由于汽車攜帶的LNG比CNG具有更高的燃料密度、壓力低、所需燃料箱自重輕，汽車一次充氣的行駛里程（300？800km）較CNG遠得多，LNG同時又能像油品一樣運輸，同時具有CNG和LPG的優(yōu)點，而克服了它們的不足，因此具有更強的實用性，且由于我國能源戰(zhàn)略結(jié)構(gòu)的調(diào)整，今后將有更多的LNG資源通過進口進入我國使用，被認(rèn)為是今后燃氣汽車的發(fā)展方向。目前在國內(nèi)正在實施的LNG加氣系統(tǒng)有北京LNG示范加氣站，共有11輛公交示范車輛正在運營；烏魯木齊單一燃料LNG公交示范項目工程課題，有20輛單一燃料LNG公交示范車輛正在運營；長沙市單一燃料LNG公交示范項目工程課題，有52輛單一燃料LNG公交示范車輛正在運營，運行情況都正常。

    三、我國天然氣汽車發(fā)動機發(fā)展前景

    1、天然氣汽車對降低汽車排氣污染、節(jié)約石油資源具有重要意義

    目前大中城市由于汽車尾氣造成的大氣污染相當(dāng)嚴(yán)重，對人民生活造成了嚴(yán)重的災(zāi)害。以某市環(huán)境為例，現(xiàn)汽車保有量僅100多萬輛，其大氣污染程度與國外400萬輛汽車大城市相當(dāng)，市區(qū)的氮氧化物已連續(xù)多年超過國家標(biāo)準(zhǔn)，交通干線沿線超標(biāo)更為嚴(yán)重。為此，政府各有關(guān)部門、部分高校、科研院所越來越重視天然氣汽車的開發(fā)、推廣、應(yīng)用。國家產(chǎn)業(yè)政策亦鼓勵發(fā)展節(jié)能、低公害產(chǎn)品。

    從1996年11月，全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會成立了天然氣汽車工作組，著手建立我國天然氣汽車標(biāo)準(zhǔn)體系；1997年9月，國家技術(shù)監(jiān)督局批準(zhǔn)成立天然氣和液化石油氣汽車標(biāo)準(zhǔn)化分技術(shù)委員會使我國天然氣汽車標(biāo)準(zhǔn)化工作全面展開。

    2、我國天然氣和液化石油氣資源較為豐富，具備發(fā)展天然氣汽車的基本條件

我國天然氣可采儲量令人比較樂觀。據(jù)調(diào)查，我國天然氣資源量約為38萬億m3，已探明的資源儲量為1.8萬億m3，為資源量的5%，可采300年左右。2005年，我國天然氣產(chǎn)量為300億m3，除用于化工原料和民用燃料外尚有剩余（約20%），其中部分天然氣被浪費（約10億m3）。據(jù)專家測算，10萬輛天然氣汽車耗氣約15億m3，僅為目前天然氣產(chǎn)量的7.5%。

    3、燃氣汽車使用成本低，易被用戶接受

    較經(jīng)濟的使用成本是推廣天然氣汽車的有利條件，以我國汽油、柴油與天然氣現(xiàn)行價格比較，綜合考慮發(fā)動機使用壽命、維修費用、機油費用等因素，使用天然氣汽車經(jīng)濟效益顯著。

    四、國內(nèi)外天然氣發(fā)動機產(chǎn)品技術(shù)

    天然氣發(fā)動機主要采用以下一些技術(shù)：

    絕大部分采用柴油機為基礎(chǔ)進行開發(fā)，以汽油機為基礎(chǔ)的僅占一少部分，主要是因為能利用柴油機的增壓中冷成熟技術(shù)。

    燃燒采用稀燃技術(shù)較多而理論空然比燃燒的天然氣發(fā)動機也占一定比例。

    天然氣缸內(nèi)噴射技術(shù)。

    天然氣發(fā)動機閉環(huán)電控技術(shù)。

    天然氣零部件開發(fā)可靠性技術(shù)。如活塞、氣閥、氣閥座、噴嘴等。

    天然氣催化器應(yīng)用技術(shù)。