汽车的未来动力

时间:2022-10-10 01:00:47

汽车的未来动力

目前国内外都在大力发展代用燃料汽车(AFV),全球已实际使用的代用汽车燃料有:压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)、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,汽车也称天然气汽车(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。

天然气汽车的发展历程

第一代燃气汽车以采用机械式混合器为特征,存在着与传统化油器汽车同样的缺点:各缸分配不均匀,调节精度差,是发展的初级阶段。与汽油车相比,排放有一定的改善,但动力性损失较大。第一代燃气汽车的排放水平尚达不到欧洲一号法规的限值(即北京市1999年执行的新标准)。

第二代技术以电控混合器为特征,其控制精度高于第一代技术,可以匹配闭环控制和三元催化净化装置,部分是双燃料的改造车型,部分为专用燃气汽车。排放性能进一步改善,动力性比第一代略有提高。第二代燃气汽车的排放水平可达到欧洲一号法规的限值。

第三代技术以电控喷射为特征,匹配闭环控制和专用三元催化净化装置,绝大部分为专用燃气汽车,新车所占比例很高。排放性能可达到欧洲3号、4号法规限值和美国加州超低排放车标准,动力性与汽油和柴油接近。

可以看出,第一代和第二代技术都是过渡性的,将汽油车改造为可燃气的双燃料车辆也是权宜之计,而第三代技术和专用燃气汽车才是今后发展的方向。

世界天然气汽车的发展状况

早在第二次世界大战前后,意大利就率先开发了天然气汽车;前苏联从1937年开始开发天然气汽车,目前俄罗斯已形成全国性的天然气汽车产业体系;其次,美国、加拿大、巴西、哥伦比亚、巴基斯坦等国家也有较大的发展。到目前为止,全世界40多个国家中拥有CNG加气站4580座,CNG汽车200多万辆。全世界有LPG汽车408万辆,加气站2.2万多座。

LNG汽车的发展情况

LNG汽车的发展较CNG、LPG汽车缓慢。目前LNG汽车最多的国家为美国和俄罗斯,美国约有1500辆正在运行。

俄罗斯天然气产量占世界第一,但柴油的供应日趋紧张,准备利用CNG(ATHKC)压缩机富裕的能力和配气站(TPC)的压力差生产LNG。俄罗斯LNG用于汽车运输,首先在重型运输汽车上使用,以替代柴油,如拖带集装箱的重型汽车,能运输货物40~50t,1kgLNG可以替代柴油1.25kg。另外,LNG还将用于矿山75t的翻斗汽车,每辆车年耗柴油150-155t,全俄罗斯有5万辆,逐步使用LNG后,可替代大量柴油。

我国天然气汽车的发展状况

我国50年代开始试用天然气汽车, 1988年从新西兰引进了CNG加气装置和50辆天然气汽车改装部件,在四川省南充市兴建了CNG加气站,改装了第一台CNG汽车,同年还在威远兴建了一座国产设备的CNG加气站。随后华北、大庆、新疆、北京、上海、哈尔滨、深圳、海口等地相继开展了此项工作,得到了飞速发展。1998年国家科委等10多个单位在北京成立全国燃气汽车工作协调领导小组,为推进我国天然气汽车的发展制定了战略、政策、规划和措施。1999年4月我国召开了“空气净化工程―清洁汽车行动”工作会议,会上正式确定了北京、上海、重庆、天津、哈尔滨、长春、西安、深圳、广州、乌鲁木齐、四川川中地区(成都、绵阳、德阳)和海南省等12个省市地区为全国清洁汽车试点示范城市,为此全国天然气汽车的发展进一步得到推动。到目前为止上述省市区共有天然气汽车47360辆,加气站147座,其中:CNG汽车5747辆,加气站56座,LPG汽车41613辆,加气站91座。

我国大中城市对发展天然气汽车的迫切需要

目前我国主要大城市中的污染主要是由燃煤、机动车尾气排放和扬尘污染物造成的。机动车尾气则是造成大气中一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)及碳氢化合物(HC)增高的主要因素。研究结果表明:我国大城市中的HC的73.5%、CO的63.4%、NOx的46%来自机动车尾气。由于机动车的排放位置低,实际对底层环境浓度的分担率达70%以上。

虽然我国大城市机动车保有量比国外大城市要少,但单车排放的污染物比国外同类机动车高几倍至十几倍,机动车尾气污染程度已超过国外一些大城市,且我国主要大城市机动车增长的速度极快,汽车尾气排放的日益严重,主干道路、人行横道两项污染物全部超标。

一般使用汽油、柴油作为燃料的汽车,燃料的主要成分是碳氢化合物。在完全燃烧的情况下,理论上的燃烧产物应该是CO2、H2O,还有空气中未使用的氮气(N2)和剩下的氧气(O2),这些成分组成了汽车的排气,但实际上,燃料中含有少量杂质,而燃料在汽缸中很难做到完全燃烧,因此增加了排气中的其它成分,特别是有害成分。这些有害成分主要如下:

一氧化碳(CO)。 它是在汽车发动机燃料中的碳未完全燃烧的产物,是汽油汽车有害排放物中浓度最大的成分,是城市大气中一氧化碳的主要来源。一氧化碳吸入人体后与血红蛋白结合,其含量超过20%时,引起中毒,超过60%则引起窒息以至死亡。

碳氢化合物(HC)。它是由燃料的未燃烧部分组成。其中除了含有致癌物质苯并芘等外,本身还会与汽车排气中的氮氧化物NOx结合,在阳光下形成光化学烟雾,刺激人的眼睛和呼吸器官。

氮氧化物(NOx)。 它是燃料在发动机内高温燃烧时氧和氮生成的。主要有一氧化氮NO和二氧化氮NO2,统称为氮氧化物(NOx)。高浓度的NO会引起神经中枢障碍,NO2能引起肺气肿。NOx与HC在阳光下生成的光化学烟雾,影响人体健康并对植物生长产生不良影响。

颗粒物质(PM)。在汽车排放的颗粒物质中,主要是加到汽油中的抗爆剂―四乙基铅,即含铅汽油燃烧后生成的铅化物颗粒,以及燃料不完全燃烧所生成的碳烟等颗粒物质。而它在柴油车中是主要的排放污染物,是由柴油燃烧不完全生成的颗粒物质(是汽油车的几十倍)。颗粒的孔隙中吸附有二氧化碳和致癌物质。另外,颗粒的尺寸很小,大约为0.01~0.05um,故长期悬浮于大气之中,容易被人吸入并沉积在肺泡内造成危害。

除了以上四种主要污染物外,汽车废气中还含有抗爆剂中的铅、燃料中所含的硫生成二氧化硫、苯等有害成分,以及目前虽未列入控制的项目,但是能导致温室效应的CO2等,都在需要净化减少之列。

但天然气由于组分简单,燃烧干净,即易于完全燃烧,再加上燃料含碳少,抗爆性好,不含抗爆剂,所以一氧化碳、颗粒物质少了许多。虽然本身也是碳氢化合物,但因主要成分是甲烷,不产生光化学烟雾,因此有害的HC也少了许多。所以,以天然气作为燃料的汽车其有害废气排放物大大降低了。以汽油车为例,改用CNG后,与原汽油车的废气排放相比,CO可减少85%以上,CO2可减少24%左右。NOx可减少80%左右,THC可减少40%左右,NMHC可减少90%以上,颗粒物质可下降40%左右。这就是汽车使用天然气为汽油、柴油的代用燃料的重要原因之一。

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