气体代用燃料

气体代用燃料气体作为燃料就必须使用气体发动机，当前使用单气体燃料作为能力源的发动机，主要有LNG(液化天然气)发动机、CNG(压缩天然气)发动机和LPG(液化石油气)发动机三种。

气体发动机与同排量的柴油机相比，动力性相当，环保优势明显，更容易达到国IV、国V排放。

且当前生产技术趋于成熟，生产工艺设备与柴油机可通用。

在油气价差保持的前提下，燃料经济性显著。

不过气体发动机也有一定的缺陷，比如续驶里程短、燃料加注时间长、加气站的建设投资太大等。

气体代用燃料的组成目前常见汽车代用燃料的类型主要有天然气、石油气、氢气、液化石油气、液化气以及二甲醚等。

气体燃料的性能特点气体作为汽车代用燃料有别于普通燃料，它们共同点在存储、加注不同于以往的液体燃料，下面为了有助于更好的了解气体燃料的性能特点，让我们来分析以下它们各自存在的优缺点。

天然气的优势：成本低廉、运行平稳。

安全可靠使CNG汽车具有较为广阔的发展前景，CNG作为车用燃料，在环保和能源安全方面有较大的优势．是具有发展潜力的汽车替代燃料。

天然气的缺点：资源有限（主要工业及民用）、汽车续驶里程短、储运加注等基础设施要求高、投资大、只适用于在富产天然气的地区和大中城市推广。

随着CNG运输管网分布范围的扩大以及加气站的增多，CNG汽车的应用范围可以扩大到城市之间。

石油气的优势：燃烧清洁、排放污染物少，安全可靠、经济可行等特点石油气的缺点：LPG主要来源于石油，其供应性受到石油供应的限制，价格也会随着石油价格变化而波动；LPG对加气站、管网等基础设施的建设要求也很高。

氢气的优势：良好的行进加速性；良好的燃料适应性；低温起动性好；超低排放全工况高效率等优点；氢具有巨大的价格优势；强大的工业基础。

氢气的不足：利用可再生能源制氢还存在一定的问题；氢气能量密度最小、储运条件十分苛刻、续驶里程短、加注不方便；目前氢气的制取、储运、加注、氢能汽车成本等存在很多问题，短期内氢气作为汽车能源的发展受到了限制。

但氢来源的广泛性、可再生性和燃烧清洁性使氢成为世界各国汽车代用燃料的长期发展战略目标。

二甲醚的优势：二甲醚十六烷值高，自燃点低，在发动机气缸内蒸发速度快，有利于混合气的形成，燃烧速度快，滞燃期短；汽化潜热高于柴油，蒸发过程吸收热量较柴油多，可有效地降低气缸内最高燃烧温度，有利于降低NOX排放和噪声；作为含氧化合物，可提高燃烧效率，在燃烧过程中几乎无碳烟生成，CO、PM 的排放都比较小；以DME为燃料的发动机，其动力性和起动性与柴油机相当。

二甲醚的不足：需要开发新的燃料供应系统及新的发动机技术和整车技术；发动机技术不成熟、储运不便、能量密度低；续驶里程短，液态密度随温度变化较大．容易使燃料供给系统运动件发生磨损；并且同CNG、LPG一样，对基础设施要求较高；受便利性、燃料加注基础设施等因素限制，发展空间有限，适合于在区域间运行的大型客车上应用。

气体燃料汽车的应用及前景气体发动机发展现状我国20世纪50年代开始发展低压天然气汽车，80年代中后期改革开放之后，气体燃料汽车开发应用的步伐加快。

国内大型发动机厂和汽车厂如玉柴、上柴、潍柴、东风和解放等厂家相继推出了各自的气体发动机产品在市场上推广应用。

1988年我国从澳大利亚、新西兰、加拿大等国引进CNG加气站的全套设施、改装汽车部件及高压气瓶，分别建站于南充、大庆等地，开启了CNG汽车发展的新时代。

相对于LNG发动机，CNG发动机和LPG发动机的技术成熟程度、经济成本等都更现实，目前CNG发动机已经广泛应用其第三代电控喷射CNG的技术，采用高压喷射，通过节气门传感器，气体流量传感器，转速传感器，水温传感器，进气温度传感器，压力传感器和氧传感器等经过中央处理单元来控制点火、空燃比等。

更先进的LNG缸内直喷技术目前已得到小批试用，动力性、经济性和排放俱佳，但开发难度较大，费用昂贵，成本也高，国内尚未开始研制。

与传统柴油机相比，气体发动机取消了原柴油机的燃油喷射系统相关的零部件，增加了蒸发调压器(LPG发动机)、减压器(CNG发动机)等供给气体燃料的相关零部件。

传统柴油机是压燃式发动机，而气体发动机由于受燃料特性限制(抗爆振性能)，采用的是与汽油机一样的点燃方式。

在取消了喷油器后，将原缸盖上的喷油器孔改为了火花塞孔。

在取消了油泵后，在原油泵安装位置装上了一个点火传动装置，通过点火正时传感器获得发动机的点火正时信号。

增加了以点火模块、点火线圈及火花塞等零件组成的点火系统。

气体发动机的控制系统多采用电控，与机械式柴油机相比，各工况点的空燃比、点火提前角、增压压力都实现了更精确更科学的控制。

为满足这些控制要求，增加了相应的MAP、MAT、ECT、点火正时以及氧浓度等传感器。

由于我国能源战略结构的调整，未来将有更多的气体燃料资源通过进口为国内使用。

目前在国内正在实施LNG加气系统的城市有北京、乌鲁木齐、长沙等，约有近百辆LNG单一燃料公交示范车辆正在运营。

CNG车则已在四川、重庆、北京、西安、内蒙、等地推广。

LPG环保节能型气体城市客车也在北京、上海、广东、四川、重庆、海南、甘肃等许多城市的公交系统已经试行。

在国外，LPG被用作轻型车辆燃料已有许多年。

气体发动机发展前景气体发动机的电控系统和传统柴油机电控系统有所不同，其增压、后处理均有特殊要求，且将先进的电子控制燃料喷射技术应用于气体发动机，以便根据发动机的温度、负荷、转速等关键参数对气体燃料的供给、混合气浓度、点火正时等进行精确控制，以提高发动机的功率和降低排气污染。

空燃比控制在电子控制燃料喷射发动机的应用效果非常好，它通过监控发动机排放状态实时调节空燃比，并通过高能、精确点火等自动协调优化方式实现最佳的经济性和排放性。

而从成本来看，气体发动机电控系统成本竟还稍低于柴油机电控系统。

因此深入开发电控系统的潜力十分巨大，未来必将有更好的发展。

由于欧IV排放法规，不仅要求限制天然气发动机非甲烷碳氢(NMHC)的排放，而且还要求控制总碳氢排放(THC)。

但先进的氧化型后处理技术如何成功地运用于气体发动机也是关键的技术之一，具有很大研究价值。

广州市LPG公交车污染一事有关专家也指出与其尾气后处理系统有关。

当前国内气体燃料客车的基础设施和相关零部件产业尚不完善，用户对气体发动机电控技术也还感觉到神秘，并对国产电控气体发动机持怀疑的态度。

以北京、上海为代表的发达城市，主要还是采用进口的气体发动机。

近年来，国产气体发动机不仅在配套的功率范围上实现了拓宽，而且在配套领域也有突破，运行过程中的故障报修率也大大降低。

以上柴、玉柴、潍柴等为代表的国内发动机厂不断研制出新技术和新机型，代表了中国内燃机行业的技术实力，也代表了中国未来动力的发展方向。

此外，气体燃料大客车的发展对于降低排气污染、节约石油资源有着重要的意义，我国较为丰富的天然气和液化石油气资源也为气体燃料大客车的推广应用提供了有力的能源保障，且气体燃料的使用成本相对于日渐上扬的油价明显具有竞争力，应该为更多客车用户所接受。

气体发动机是21世纪的一种新型、绿色动力，未来城市必将由于它的出现而面貌焕然。

高效率、低污染的气体发动机的开发与生产，将是中国乃至世界的客车行业未来共同努力的方向。

醇类代用燃料由于醇类燃料属于液体燃料，所以它对发动机的改造不大，由于其热值比汽油的要低，所以其作为燃料主要与汽油或别的燃料混合使用。

当乙醇掺入量小于10%时，对汽车发动机的供油系统、点系统及压缩比不必做任何调整，应适当提高发动机压缩比，加大化油器主量孔尺寸及点火提前角，使燃用乙醇的汽油机的功率接近原机水平。

乙醇乙醇（CH 3 CH 2 OH），俗称酒精，是一种无色透明、易挥发、易燃液体，它的热值较低；蒸发潜热较高；乙醇的抗爆性能好，含氧量高,它以玉米、小麦、薯类，甘庶等农作物为原料，经发酵、蒸馏而制成，也可以由乙烯水制成。

是基本有机化工原料之一，主要用作溶剂，也用于制染料、涂料、合成橡胶、医药、洗涤剂、化妆品等。

所谓车用乙醇汽油，就是把变性燃料乙醇和汽油以一定比例混配形成的一种汽车燃料。

这项技术在国外已十分成熟。

目前，国外使用车用乙醇汽油的国家主要是美国和巴西，其中巴西是世界上最大的燃料乙醇生产及应用国。

乙醇燃料的性能特点乙醇作为汽车代用燃料的主要优点：（1）辛烷值高、抗暴性能好，乙醇的研究法辛烷值达到111，马达法辛烷值为91。

添加乙醇可以较为有效地提高汽油的抗爆性，有关研究结果显示，国内典型催化裂化汽油（RON 为90.6）中添加 10%（体积）乙醇后，其RON 提高3.4 个单位，MON 增加1.4 个单位。

乙醇对烷类汽油组分（烷基化油、轻石脑油）辛烷值调合效应好于烯烃汽油组分（催化裂分汽油）和芳烃类汽油组分（催化重整汽油）。

（2）乙醇含氧高达34.7%，乙醇可以较MTBE 更少的添加量加入汽油中（美国含氧化汽油中通常需添加7.7%乙醇，新配方汽油通常乙醇添加量为5.7%。

汽油中添加7.7%乙醇氧含量达到2.7%，如添加10%乙醇，氧含量可以达到3.5%。

（3）通过添加乙醇或其它含氧化物，并改变汽油组成，美国新配方汽油可以有效降低汽车尾气排放，美国汽车/油料（AQIRP）的研究报表明：使用含6%乙醇的加州新配方汽油，与常规汽油相比， HC 排放降低10-27%，CO 排放减少21-28%，NOx 排放减少7-16%，有毒气体排放降低9-32%；AQIRP 的研究结果还表明，使用E85（85% 乙醇+15%汽油的混合燃料），而不改变其他条件，与常规汽油相比， HC 排放可以降低5%，NOX 排放减少40%，CO 增加约7%。

国内研究结果表明，燃用E15 和E25 时，HC 含量比燃用汽油分别下降16.2% 和30%，CO 排放分别减少30%和47%。

（4）乙醇的资源丰富，生产技术成熟，以一定的比例掺混到车用燃料中，能够充分利用现有的燃料储运、分配和销售系统；当乙醇掺混比例小于10%时，无须对汽车无需作大的改动。

乙醇作为车用燃料的缺点：（1）乙醇的热值为26.77MJ/kg 比常规汽油热值（43.50MJ/kg）要低，因此，使用乙醇汽油后，发动机的油耗随着乙醇掺入量增加而增加，有资料报道，使用含10%乙醇的混合汽油时，发动机的油耗约增加5%。

在相同辛烷值的前提下，发动机的动力性能也有不同程度的下降。

（2）乙醇的汽化潜热大，理论空燃比下的蒸发温度下降大于常规汽油，汽化潜热大会导致汽车动力性及经济性下降，在低温条件下，乙醇汽油不易起动，另气化潜热大使化油器中形成的燃气混合比低（乙醇空燃比仅为9），比汽油正常燃烧所需要的理论空燃比 15 低的多，影响混合气的形成及燃烧速度，使汽车驱动性能下降，影响最大的功率的发挥，不利于汽车的加速性。