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车用石油燃料的替代产品——天然气的介绍
09化工（2）班
摘要“十二五”期间，自主乘用车在企业平均燃料消耗量满足国家第三阶段油耗法规限值基础上，推出燃料消耗量再降8% 的产品，开发满足下一阶段油耗限值的关键技术。在传统节能技术方面，一汽将从“高效动力、减轻自重、降低阻力、智能控制”四个方面，打造传统节油技术优势。在新能源方面，“十二五”期间，一汽将投资98亿元，打造乘用车纯电动、混合动力、插电式混合动力和商用车纯电动、混合动力等8个新能源产品平台，共计开发21款新能源新车。
目前以甲醇燃料电池技术最为成熟。国外各大石油公司和汽车均在致力于燃料电池汽车的研发以抢占在未来汽车发展中的滩头。
关键词：可代替型新能源、节能、环保、、可再生能源。
一、新能源汽车的种类及其特点
1．１ 天然气汽车和液化石油气汽车
天然气汽车又被称为“蓝色动力”汽车，主要以压缩天然气（ＣＮＧ）、液化天然气（ＬＮＧ）、吸附天然气（ＡＮＧ）为燃料，常见的是压缩天然气汽车（ＣＮＧＶ）。液化石油气汽车（ＬＰＧＶ）是以液化石油气（ＬＰＧ）为燃料。ＣＮＧ和ＬＰＧ是理想的点燃式发动机燃料，燃气成分单
一、纯度高，与空气混合均匀，燃烧完全，ＣＯ和微粒的排放量较低，燃烧温度低因而ＮＯｘ排放较少，稀燃特性优越，低温起动及低温运转性能好。其缺点是储运性能比液体燃料差、发动机的容积效率较低、着火延迟期较长。这两类汽车多采用双燃料系统，即一个汽油或柴油燃料系统和一个压缩天然气或液化石油气系统，汽车可由其中任意一个系统驱动，并能容易地由一个系统过渡到另一个系统。
1．２醇类汽车
醇类汽车就是以甲醇、乙醇等醇类物质为燃料的汽车，使用比较广泛的是乙醇，乙醇来源广泛，制取技术成熟，最新的一种利用纤维素原料生产乙醇的技术其可利用的原料几乎包括了所有的农林废弃物、城市生活有机垃圾和工业有机废弃物。目前醇类汽车多使用乙醇与汽油或柴油以任意比例掺和的灵活燃料驱动，既不需要改造发动机，又起到良好的节能、降污效果，但这种掺和燃料要获得与汽油或柴油相当的功率，必须加大燃油喷射量，当掺醇率大于１５％—２０％时，应改变发动机的压缩比和点火提前角。乙醇燃料理论空燃比低，对发动机进气系统要求不高，有较高的抗爆性，挥发性好，混合气分布均匀，热效率较高，汽车尾气污染可减少３０％以上。
1．３氢燃料汽车
氢是清洁燃料，采用氢气作燃料，只需略加改动常规火花塞点火式发动机，其燃烧效率比汽油高，混合气可以较大程度地变稀，所需点火能量小，有利于节约燃料。氢气也可以加入其它燃料（如ＣＮＧ）中，用于提高效率和减少Ｎ０２排放。氢的质量能量密度是各种燃料中最高的一种，但体积能量密度最低，其最大的使用障碍是储存和安全问题。宝马公司一直致力于氢气发动机研制，开发了多款氢发动机汽车，其装有Ｖ１２氢发动机的７系列轿车是世界上首批量产的氢发动机，该发动机可使用氢气和汽油两种燃料。
1．４二甲醚汽车
二甲醚（ＤＭＥ）是一种无色无味的气体，具有优良的燃烧性能，清洁、十六烷值高、动力性能好、污染少，稍加压即为液体，非常适合作为压燃式发动机的代用能源，使用该燃料的车辆可达到超低排放标准。二甲醚汽车（ＤＭＥＶ）不会排放黑色气体污染环境，产生的ＮＯＸ比柴油少２０％。
1．５气动汽车
以压缩空气、液态空气、液氮等为介质，通过吸热膨胀做功供给驱动能量的汽车称为气动汽车，气动发动机不发生燃烧或其他化学反应，排放的是无污染物辐射的空气或氮气，真正实现了零污染。目前开发比较成功的是压缩空气动力汽车（ＡＰＶ），工作原理类似于传统内燃机汽车，只不过驱动活塞连杆机构的能量来源于高压空气。ＡＰＶ介质来源方便、清洁，社会基础设施建设费用不高，较容易建造。无燃料燃烧过程，对发动机材料要求低，结构简单，可借鉴现有内燃机技术因而研发周期短，设计和制造容易。但目前ＡＰＶ能量密度和能量转换率还不够高，续驶里程短。
1．６ 电动汽车
世界上第一辆电动车（ＥＶ）由美国人在19世纪90年代制造。ＥＶ大致分为蓄电池电动汽车（ＢＥＶ）、燃料电池电动汽车（ＦＣＥＶ）和混合动力电动汽车（ＨＥＶ）。电动汽车的一个共同特点是汽车完全或部分由电力通过电机驱动，能够实现低排放和零排放。
蓄电池电动汽车是最早出现的电动汽车。使用铅酸电池的汽车整车动力性、续驶里程与传统内燃机汽车有较大的差距，而使用高性能镍氢电池或者锂电池又会使成本大大增加。燃料电池具有近65％的能量利用率，能够实现零排放、低噪声，国外最新开发的高性能燃料电池已经能够实现几乎与传统内燃机汽车相当的动力性能，发展前景很好，但成本却是制约其产业化的瓶颈。
混合动力汽车融合了传统内燃机汽车和电动汽车的优点，同时克服了两者的缺点，近年来获得了飞速发展，并已经实现了产业化和商业化。目前我国自主品牌-比亚迪，在这领域占有一席之地。其代表作E6，F3DM就是采用电动的混合动力。
1．７ 以植物油为燃料的汽车
为了寻找可代替石油的新能源，科学家也将目光投向了植物油，正在研制以植物油如大豆油、玉米油及向日葵油为原料的内燃机油。科学家们还在研究生物柴油，这是一种以植物油为原料的燃料，将来可作为柴油的替代品大量用于卡车和轮船。生物柴油中不含硫，因此不会对环境造成酸雨威胁。为生产生物柴油，化学家们正在对植物油进行酯化加工，使之变成甲基酯化合物，燃烧起来更干净，发动机内残留物也较少。
二、使用天然气作汽车代用燃料的优点
天然气的主要成分是甲烷((950/o-98%)和少最的乙烷、丙烷等，天然气作为汽车燃料已有40多年的历史，天然气作为汽车的代用燃料，其主要优点是:
①辛烷值高(可达120以上)，抗爆性好，可通过提高发动机的压缩比的办法，提高发动机的热效率。
②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。
③对环境污染小。汽车使用天然气与使用汽油相比，一氧化碳(CO)减少97%,碳氢化物(HC)减少72%,氮氧化物(NOx)减少39%，二氧化碳(COQ)减少24%，二氧化硫(SO=)减少90%，苯、铅等粉尘减少100%,噪声降低40%。
④天然气进入发动机气缸内时是气态，对润滑油无冲刷稀释作用，有利于延长机油的使用寿命和减少机油的消耗量，发动机磨损也相应减少。
⑤用天然气作发动机燃料，其嫌料费用是汽油车的2/3(天然气尽管其热值较汽油略低，但其价格便宜)，由于燃料燃烧完全，无结炭，无爆震，汽车使用寿命大大延长，维修费用仅为汽油车的70%。
⑥安全性好.天然气相对密度较空气小，为0.58,‘旦发生泄漏，会很快在空气中消失。但汽油不易扩散，一遇火星，易于着火。
天然气的热值较汽油低，使用天然气时，如不改变发动机的结构参数，发动姆的功率要下降10%–18%。但天然气的辛烷值高，可通过提高发动机的压缩比的方法来提高发动机的功率，从而弥补由于热值低带来的功率下降，天然气的着火极限较汽油宽，它可在a=0.58-1.8的范围内着火燃烧，这样有利于燃烧稀混合气，提高使用天然气汽车的燃料经济性。
二、天然气作汽车代用燃料的使用方法
天然气作为汽车燃料使用有三种方法:储气包、压缩天然气和液化天气。①储气包(低压气)
储气包是将天然气装在储气包内(储气包用帆布两面涂橡胶制成)，充满天然气的气包放在汽车顶上。供气系统非常简单，只需在化油器中体与’卜体间装一进气阀座即可，这样既可用天然气，必要时又可以烧汽油。由于储气包可承受的压力低，因而装载的天然数量少，汽车的行驶距离短，加气次数多。此外，储气包装在汽车顶部，汽车的行驶阻力增大，从而限制了汽车的行驶速度。由于需带储气包，在货车上难以使用。尽管如此，因天然气价格便宜，如有来源，短途公
共汽车用储气包法装载使用天然气是可行的。
②压缩天然气(CNG)
压缩天然气是将天然气用压缩机加压到20MPa装入高压瓶中。高压瓶放在大梁与车箱之间，经减压后供发动机使用。当今世界上CNG汽车绝大多数是用原来的汽油汽车改装的。汽油车的改装从理论到实践基本成熟，而用柴油车改装CNG汽车正处在试验研究阶段。用汽油车改装的CNG汽车称为CNG、汽油两用燃料汽车，可用两种燃料中的任何一种，但二者不可混合使用。
高压气瓶中的CNG压力为20M Pa，经三级减压阀将压力由20MPa减压至-50–70pa。当用CNG作燃料时，将截止阀打开，CNG经三级减压阀、动力阀、混合器，与空气混合后进入发动机气缸.由于CNG经三级减压阀后是负压:所以只有当发动机转动后，依靠吸力才能将天然气吸入，这样就防止了当截止阀打开，而发动机未起动时，造成天然气经空气滤清器泄漏出而发生事故。这种CNG系统的混合器是开式的，动力阀是用来调节天然气气量的。
用汽油车改装的CNG汽车，天然气是以气态与空气混合经进气管进入汽缸。在发动机同一转速下产生的负压，将混合气经原进气歧管吸入气缸，由于进气歧管面积未变，因而进入的空气量约少10%(因天然气与空气的最佳混合比为1:10，一般要调整到这个比例)，所以发动机的功率与使用汽油相比要下降一些。储存CNG用的气瓶，其材料有铝合金、优质合金钢以及优质合金钢薄壁钢瓶外绕高强度人造纤维。为满足行驶距离的要求，需安装多个高压气瓶。高压气瓶的自重较大，这无疑会影响汽车的载重量和载物空间。高压气瓶若遇汽车着火，当气瓶温度升到l00℃时，储气瓶的安全阀易熔合金就会熔化，爆破片在26MPa压力下爆破而泄放天然气，不致引起高压气瓶爆炸.使用天然气作汽车代用燃料与使用液化石油气作汽车代用燃料，两者在燃料的使用方法上基本上相同。同样，使用天然气作为汽车代用燃料时，需要在使用区域建立相应的加气站。
参考文献
[l] 李胜茂（中投顾问新能源行业研究员）2010-2015年中国新能源汽车产业投资分析及前景预测报告(上中下卷)
[2] 陈斌:新能源汽车发展有两点急需注意访谈
[3] 来源：东风电动车辆股份有限公司
[4] 来源：东风电动车辆股份有限公司 盖世汽车网
