概述
a) 燃气汽车燃气汽车主要有压缩天然气汽车(.简称LPG汽车或LPGV)和压缩天然气汽车(简称CNG汽车或CNGV)。顾名思义，LPG汽车是以液化石油气为燃料，CNG汽车是以压缩天然气为燃料。燃气汽车的CO排放量比汽油车减少90%以上，碳氢化合物排放减少70%以上，氮氧化合物排放减少35%以上，是目前较为实用的低排放汽车
b) 按燃料使用状态的分类
按照燃料使用状况的不同，天然气汽车可分为：
专用燃料天然气汽车。发动机只使用天然气作为燃料。
两用燃料天然气汽车。既可以使用天然气也可以使用汽油作为燃料。
双燃料天然气汽车。可以同时使用液体燃料和天然气
c) 天然气汽车主要部件：减压器，混合器或喷规；开环防真器1套或燃气电脑一只；转换开关总成 1套；动力调节阀或天然气过滤器1只；高压钢管φ6×1：0.8KG；导气管1只；排气管1米；稳固件包1包；低压管φ19：1米；低压管φ16 0.3米；卡箍φ16-27 4只；卡箍φ22-φ32 1只；卡箍φ34 1只；充气阀1只。气瓶及气瓶支架一组。
技术原理
天然气单燃料发动机的关键技术
a) 压缩比、燃烧室结构优化选择、设计
要充分发挥天然气燃料潜质，必须合理选择压缩比，提高发动机的热效率。燃用天然气的发动机应采用的合理压缩比在10—12左右，允许的最高压缩比可达15：l。
燃烧室的设计应有利于组织燃烧过程，使用不同挤气面积的燃烧室结构产生的NOx和NMHC排放物显著不同。为组织最佳的进气涡流与挤流运动，提高工质流动和火焰传播速度，设计了四种不同形状的燃烧室：分别为A型（弧形缩口)，B型(敞口直口)，c型(敞口)，D型(缩口)。
不同结构的燃烧室对发动机动力性能和排放有很大的影响。尤其通过数值计算和试验研究获得了兼顾动力性、经济性、排放指标和可靠性的燃烧室设计手段和方案。最终确定的燃烧室具有NOx排放物低和热效率高的特点．有利于天然气快速、充分燃烧。使经济性、排放指标大大优化。四种不同结构燃烧室截面见图所示。
b) 活塞头部改进设计
活塞头部表面进行陶瓷微氟氧化处理，避免了拉缸现象，达到减小热膨胀的要求，提高了活塞的可靠性。
c) 进、排气门座材料的优化选择
由于天然气发动机的燃料不再具有润滑气门和气门座的成份．对气门座的材料相应进行了改进、优化。进气座圈采用钴基材料，排气座圈采用镍基材料，它们具有稳定的含钴和含镍化合物．并具有铬、钨、钼等元素的硬质点，大大提高了气门座的耐高温、耐磨损、耐腐蚀性。
d) 点火系统优化
由于气体燃料与汽油的特性有较大的差异，如果点火提前角不合适，会出现热效率降低、动力性下降、燃料消耗上升、排放增多等现象。点火提前角减小，会影响动力性，点火提前角加大，又会增加NOx和HC排放量。因此，必须对燃气发动机进行点火系统优化，提高点火能量，才能获得良好的发动机性能。使用微处理器控制点火提前角，可以保证在发动机各种工况下，都能提供最佳的点火提前角。点火控制器需要在发动机运行时，不断采集各种传感器信号，得到当前发动机的转速，负荷，温度等信息，并按照一定的控制策略(如模糊控制)，获得最佳点火提前角。点火控制系统结构如图2所示。
图2 点火控制系统结构
e) 燃烧室优化 燃烧室优化的目的就是设计合适的燃烧室形状，使缸内气流运动及燃气燃料的分布相配合，以改善燃烧。
天然气发动机在燃烧初期，浴盆型燃烧室火花塞中心附近气流速度较低，因此更有利于初期稳定火核的形成。
提高压缩比可以缩短混合气的着火延迟期和主燃期，并能减少循环变动率。天然气发动机压缩比在10．5至12．0范围内比较好，开发时综合考虑发动机性价比的提高，尽量降低发动机成本的增加，将压缩比确定为11．0。
国内发展和应用现状
国内现阶段采用的主要是气态形式喷射LPG 除了采用气态形式喷射外还能在中等压力下以液态形式喷射。液态喷射则是一种全新的技术，与缸内直接喷射（简称GDI）相似，是今后研究的主要方向。
“大型公交车用单一燃料CNG(压缩天然气)电喷发动机研究与开发”项目在东风汽车公司通过了国家鉴定和验收。经过两年的努力，国内自主开发的首台单一燃料天然气发动机终于在东风公司研制成功。
国外发展和应用现状
世界上汽车总保有量超过7.5亿辆，其中天然气汽车保有量已超过600万辆，加气站数量6000座以上，主要分布在富气贫油的意大利、新西兰、阿根廷、印尼等国家和环保法规严格的美国、日本等。戴-克、康明斯、依维柯等国际知名公司都在不遗余力地大力研发和推广各自的天然气发动机（附表1）。特别值得一提的是，美国在LNG车用技术上处于领先位置，从推广车型来看，LNG不但适用于城市公交车，同样也适用于出租车和大型货运车辆，尤其是长途车辆。从美国和欧洲的趋势看，各国的天然气汽车的研制重心已经由CNGV汽车转向LNGV。
目前国外只有少数几家公司在研究GDI系统，如意大利的Tartarini Metafuel缸内喷射系统、荷兰的Vialle 缸内喷射系统等。
经典案例
成都公交从1994年起就开始试制CNG（压缩天然气）车辆，并积极推进现有汽柴油公交车改制CNG汽车工作。截至目前，已改制和引进CNG车2000多辆，有效地改善了公交车尾气排放，也大大降低了车辆燃料消耗成本。成都公交目前对主力车型（车长10m）所用CA6102汽油发动机进行的改装CNG燃料工作，是在保留原车供油系统不变的前提下，增加了一套CNG 贮备、供给和控制系统，并调整点火时间，这样就将只燃用汽油的汽车改装成既可燃用汽油又可燃用CNG 的两用燃料汽车。车辆改装完毕投入运行后，几年来车辆运行状况一直保持良好。装用CA6102汽油/CNG 两用燃料发动机的公交车燃用汽油和CNG 性能对比情况参见表1。
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表1 CNG汽油两用燃料汽车性能
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燃料
类别
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最大功
率(kW/3000r/min)
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最高车速(km/h)
|
直接档加速性能
|
能耗
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排放
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|
初速度(km/h)
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末速度(km/h)
|
加速时间(km/h)
|
CO
(%)
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CH化合物(×10-6)
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汽油
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99
|
80.92
|
20
|
60
|
30.40
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26.85
1/100km
|
0.90
|
2400
|
|
CNG
|
74
|
73.16
|
20
|
60
|
43.2
|
26.9m3/100km
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0.08
|
200
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由表1可以看出，CA6102发动机燃用CNG（压缩天然气）与燃用汽油相比，CO排放降低80%,CH化合物排放降低91.67%，大大降低了车辆的尾气排放污染；燃用CNG百公里能耗26.9m3/100km(折合价值43.73元100公里），较燃用汽油26.85 升/100公里（折合价值82.70元/100公里: 降低成本近一半；但付出的代价是最大功率下降25.25%，提速性能也下降了。
参考文献
[1] 李克新杨志勇张自力，N Q190N天然气单燃料发动机的开发，内燃机2009.4（2）：9~14
[2]崔宏魏姚国忠刘益芳，单燃料燃气发动机优化策略系统研究，东南大学、南京汽车研究所
[3] 叶旅陈绍强，天然气单燃料发动机的应用，城市公共交通2004（1）：44~46
[4] 赵猛蒋炎坤吴峰胜，LPG发动机的研究现状和发展前景，柴油机设计与制造2007 25（1）：1~5
[5] 谢云臣牛丹峰杨立平，天然气发动机国排放对策研究，现代车用动力2009（1—）：1~5
