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【摘要】本文在阐述天然气汽车优点的基础上，将LNG汽车与CNG汽车的优点进行对比，对天然气汽车发展现状进行调查，最后指出LNG汽车将会是天然气汽车的发展方向。
【关键词】LNG；CNG；汽车；现状
随着全球性的能源危机与环境污染，各国纷纷开始研究清洁高效的新型能源。我国作为世界上第二油耗大国，在2011年度原油对外依存度已经超过55%，预计2020年将会达到60%以上，能源安全已经成为我国国家安全与经济可持续发展的一大隐患。与此同时，作为石油的主要消耗者的汽车，我国在2011年的产销量分别达到1841万辆和1850万辆，稳居世界第一位。在享受汽车带来便利的同时，汽车燃烧化石燃料带来了严重的环境污染。据有关资料显示，大气中85%的NOx、38.5%的CO、21.7%的HC以及32%的微粒物来源于汽车尾气排放，在2012年的雾霾天气的罪魁祸首PM2.5主要由于发动机燃烧产生颗粒所致。因此实现能源多样化，实现清洁高效燃烧已经是汽车研究的必然之路。
一、天然气汽车的优点
目前，在多种车用替代燃料中，天然气是运用技术是最为成熟、使用最广泛的燃料。天然气在全球范围内储量仅低于石油和煤炭，在汽车上使用时仅需对发动机做部分的改装，产生费用较低，尤其是天然气价格远低于汽油或者柴油。与传统燃料汽车相比，天然气汽车具有以下优点：
（一）优越的经济性
天然气属于气体燃料，更容易与空气形成均匀稀薄的混合气，使燃烧更加充分，燃烧过程无积碳和PM颗粒生成，不会稀释或者污染润滑油，有效降低活塞与气缸之间的磨损，延长发动机的寿命。同时，天然气价格远低于汽油或者柴油的价格，在使用传统汽车与天然气汽车时，仅仅在天然气汽车改装时会增加一定的费用，在使用过程中，除燃料费用不同外，其他费用都一样，因此使用天然气汽车将大幅减少燃料消耗成本。所以天然气汽车具有较好的经济性。
（二）较低的排放
在天然气汽车中，由于天然气成分比较单一，主要为甲烷，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，在天然气汽车尾气中，CO含量为汽油机的10%左右、HC为50%，NOx为70%、CO2为90%以下，发动机燃烧噪音降低40%，且不含苯、铅等致癌的有毒物质和PM2.5等颗粒污染。因此使用天然气作为车用燃料，将大幅减少汽车尾气排放物，产生良好的社会环境保护效益。根据BP中国碳排放计算器提供的资料，每辆天然气汽车相比汽、柴油车每年可减少CO2排放约60吨，如按照8年使用期计算，每辆车可减少CO2排放约480吨。
（三）安全性较好
天然气密度低于空气，气化后密度只有空气的一半，因此泄漏过后易于挥发扩散，不会汇集一处引发事故。天然气的燃点为650℃，比汽油（427℃）和柴油（260℃）的都高，因此天然气更难以点燃。因此车用天然气具有良好的安全性。
（四）抗爆性能好
天然气的辛烷值一般在120以上，高于汽油的辛烷值，天然气在使用过程中，可以通过增大压缩比来提高热效率。
二、液化天然气（LNG）汽车的优点
在实际应用中，天然气按照存储状态的不同，将其分为常压天然气（NG）、压缩天然气（CNG）、液化天然气（LNG）、吸附天然气（ANG）和加氢天然气（HCNG）等，使用天然气作为燃料的发动机仅仅在发动机上有少许差别，在其它零部件上基本相同。目前，使用广泛的是CNG发动机和LNG发动机。其中CNG发动机由于采用高压气态存储，导致能量密度较低，汽车自重增加，续驶历程较短等缺陷。相对于CNG汽车，LNG具有很对优点：
（一）较高燃料纯净度
LNG经净化后硫化物和水分均低于CNG，从而可以减少对发动机的损耗，使燃烧后的排放也得以降低。
（二）较好的经济性
LNG汽车由于改装需要加装比CNG更轻的燃料供给装置，因此LNG汽车自重比CNG汽车更轻，因此LNG汽车比CNG的经济性好。
（三）较高的安全性
LNG储存在温度-162℃、压力为0.1～1.1MPa的双层气瓶中，安全系数远高于储存压力为20MPa的CNG。同时，LNG爆炸极限较CNG更高，因此安全性较高。
（四）续驶里程更长
同比情况下，LNG存储能量密度是CNG的2～3倍，因此可相应大幅提高汽车行驶里程。
（五）充装方便
LNG汽车加注燃料的时间短于CNG汽车，也可以气化为CNG对CNG汽车进行加注。
LNG采用将天然气在-162℃条件下以液态的形式存储在绝热瓶中，使得能量密度大幅提高、汽车的续驶历程也得到相应幅度提高，因此LNG汽车在开发和应用上具有较大的潜能，受地域范围影响较小，适于大范围推广和使用。
三、LNG结构及其原理
LNG发动机与传统发动机相比，主要不同在于燃料供给系统。LNG发动机燃料供给系统主要由LNG气瓶、气阀组件、过滤器、单向阀、蒸发器、减压器、气轨和喷气阀组成，具体示意图见图1。
当LNG气瓶的总阀门打开，从气瓶中流出的液化天然气经过滤器滤去燃料中水分等杂质后，由蒸发器转化成高压气体，高压气体经减压器一级减压腔后压力迅速降低，减压器二级减压腔与喷气阀相连，二级减压腔主要起着稳定天然气压力的作用，使喷入进气歧管的天然气均匀稳定。为了防止气态燃料反流回LNG气瓶及液化管道，在过滤器和蒸发器之间加装单向阀。
（一）LNG气瓶
由于LNG是天然气在-162℃，压力约为0.1～0.15MPa的条件下液化而成，因此要求存储设备具备耐低温、耐高压等特点，并且要求具有良好的绝热性。LNG气瓶常采用双层金属真空加多层缠绕绝热技术，气瓶内胆采用镍合金不锈钢，外层采用缠绕玻璃纤维和铝箔交替缠绕，最外面加装不锈钢外壳，使气瓶能够承受外力。LNG气瓶的燃料日蒸发率在2%以内，7～14天内无蒸发损失。为避免气瓶内部随外界温度升高气瓶内燃料气化后产生危害，气瓶带有自动放气装置，当缸内达到一定压力时自动放气，从而保证气瓶安全性。
（二）蒸发器
蒸发器的作用是将液化LNG通过发动机冷却液进行加热，将LNG转化为气态，同时也可作为外界温度较高时，车内制冷的冷源。
（三）减压器
LNG汽车通常采用两级减压装置，作为燃料供给系统的重要部件，减压器起着降低和稳定燃气压力的作用。
（四）喷气阀
喷气阀相当于传统发动机中的喷油器，是燃料供给系统中最为精密的部件，喷气阀接收到来自ECU的喷油指令时，根据喷油脉宽和喷油时刻进行燃料精确喷射。
四、LNG汽车国内外发展现状
20世纪30年代在意大利首次将天然气作为车用燃料，但是限于当时条件一直到20世纪70年代能源危机与环境危机的凸显，才受到各大汽车厂商的重视并推广。截至2010年，全球有78个国家和地区在推广和使用天然气汽车，其总量达到约1267万辆。尤其在能源危机与环境污染的双重压力之下，LNG汽车由于能实现清洁高效燃烧成为各大汽车厂商推广的车型。各大汽车公司如美国的福特、卡特彼勒均有LNG汽车的生产销售，日本铃木，尼桑等汽车公司在客车上采用电控多点喷射LNG发动机得到了一定的推广。
我国自上世纪50年代开始天然气汽车研发，截止2010年底，全国天然气汽车保有量约为100万辆，其中在CNG改装汽车示范城市中，新增天然气汽车中单燃料车比例由2006年的32.5%增长到2010年的90%，改装车已经逐步退出新增天然气汽车市场。值得注意的是，液化天然气（LNG）汽车的一些示范效应也取得初步性结果，据不完全统计，国内LNG汽车保有量已达到3000辆，主要用于长途客车与大巴，部分产品出口至国外。
五、结语
石油作为一种不可再生资源，是保障国家安全，确保经济可持续增长的重要资源。LNG汽车是一种比CNG汽车具有更为经济、安全、可靠的优点，大力发展LNG汽车对于我国改变能源结构，降低石油依存度，解决能源危机与环境污染的有着重要意义。
参考文献
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