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： 04 级交通运输 学生姓名： 都 衡 班级学号： 04-02-06 指导教师： 张恩元 二 00 八年 六 月 六 日摘要 - - I 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
2、，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 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 北华大学本科 毕业 论文 - - II Abstract With 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
3、shortage of energy and the pollution of the ecological environment, they 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.Th
4、is paper describes the characteristics and the currend situation of natural 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
5、 some viable proposals for developing natural gas vehicles in our country. Keywords Natural Gas Automobile； Energy； Natural gas vehicle technology Abstract - - I 目录 摘要 . 1 Abstract . II 1 绪论 . 1 1.1 天然气汽车的定义 . 1 1.2 天然气汽车的发展 . 1 1.2.1 国外天然气汽车的发展状况 . 1 1.2.2 国内天然气汽车的发展状况 . 2 1.3 发展天然气汽车的必要性 . 2 1.3.1
6、 能源的短缺 . 2 1.3.2 环境的污染 . 3 1.3.3 良好的经济性 . 3 2 天然气汽车技术 . 4 2.1 天然气的特性 . 4 2.2 天然气汽车的特点 . 4 2.2.1 天然气汽车存在的优点 . 4 2.2.2 天然气汽车存在的缺点 . 6 2.3 天然气汽车改装 . 6 2.3.1 天然气汽车的构成 . 7 2.3.2 汽油车改为 CNG 汽车 . 7 2.3.3 柴油车改为 CNG 汽车 . 8 2.4 天然气汽车加气技术 . 8 3 天然气汽车发展存在的问题及对策 . 11 3.1 天然气汽车功率下降的原因及对策 . 11 3.1.1 发动机功率下降的原因 . 11
7、 3.1.2 提高天然气汽车功率的措施 . 11 3.2 天然气汽车的腐蚀与早期磨损及解决问题的措施 . 12 3.2.1 天然气汽车磨损的原因 . 12 3.2.2 减少腐蚀和磨损的措施 . 13 3.3 发展天然气汽车所遇到的社会问题及解决问题的方法 . 14 3.3.1 发展天然气汽车所遇到的社会问题 . 14 3.3.2 解决问题的方法 . 14 4 我国天然气汽车的发展趋势 . 16 结论 . 17 参考文献 . 18 致谢 . 19 1 绪论 - - 1 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)
8、、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
9、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 1947 1948 年开始批量生产吉斯 -156 和格司 -51B 型压缩煤气瓶汽车，但 50 60 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
10、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，世界各北华大学本科 毕业 论文 - -
11、2 国的天然气汽车保有量呈逐年上升的趋势。 1.2.2 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
12、 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
13、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 绪论 - - 3 1.3.2 环境的污染 由于汽车数量的不断增加，汽车尾气造
14、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
15、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
16、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。 北华大学本科 毕业 论文 - - 4 2 天然气
17、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 kg m,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，
18、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 2.2.1 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，
19、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 2 天然气汽车技术 - - 5 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 2 4 个单位，相应的理论热循环热效率可以提高 7 12。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
20、 0 8l 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 100KM 燃料消耗量
21、 单车日耗燃料费 用 /元 单车日节约燃料费用 /元 汽油 200 5.3 元 /L 10.0L 106.0 天然气 200 3.4 元 /m 9.1m 61.88 44.12 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/L 5.3 元 /L 0.122 天然气 36.22MJ/m 3.4 元 /m 0.093 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 XNO 排放浓度小 30，天然气中含硫量极少， 2SO 低 70，铅的排放也几乎为
22、零，在发热量相同时排气中的 2CO 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 50 北华大学本科 毕业 论文 - - 6 1） 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
23、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 (天燃气空气混合气热值为 3 36MJ m，汽油空气混合气热值为 3 82MJ m)，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 .
24、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。建一座加气站约需 500 l000万元人民币，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
