试述天然气汽车的发展史_天然气汽车的发展趋势

世界汽车发展史汽车同其他现代高级复杂工具如电子计算机等一样，并非哪一个人坐在那里发明的，发明之初的汽车也并非是这个样子的，汽车的发展也有一个漫长的过程。总的来说，汽车的发展经历了蒸汽汽车的诞生、内燃机汽车、汽车量产化、汽车产品多样化和汽车产品低价格时期以及向发展中国家转移几个阶段。一、蒸汽汽车的诞生人类对自然界的认识是逐渐加深的。从最初的利用人力、畜力到后来使用水力、风力。在1705年，纽科门首次发明了不依靠人和动物来做功而是靠机械做功的实用化蒸汽机。这种蒸汽机用于驱动机械，便产生了划时代的第一次工业革命，随着蒸汽驱动的机械汽车的诞生，人类社会开始了永无休止的汽车发展的历史。1、有真正意义的第一台蒸汽机机械动力装置发展的最初目标并非用于车辆，而是为了给矿井抽水。随着矿井越挖越深，地下水成了矿井和矿工的大敌。为了开掘矿道和保证安全，必须尽快抽掉地下水。1712年，英国人托马斯·纽科门发明了蒸汽机，用来驱动一台抽水机将矿井中的水抽出。被称为纽科门蒸汽机。纽科门蒸汽机将蒸汽引入气缸，然后向气缸中喷水冷却，冷却后的气缸内压下降，气缸里的活塞在大气压力的推动下向上运动，带动抽水泵抽水。活塞每min只能运动10次，但已经极大地提高了抽水的效率。1757年，木匠出身的技工詹姆斯·瓦特被英国格拉斯戈大学聘为实验室技师，有机会接触纽科门蒸汽机，并对纽科门的蒸汽机产生了兴趣。1763年，他在修理蒸汽机模型中发现，纽科门蒸汽机只利用了气压差，没有利用蒸汽的张力，因此热效率低，燃料消耗大，他下决心对纽科门蒸汽机进行改进。首先，他认为将汽缸里的蒸汽送到另一个容器中去冷却，既可以获得能做功的真空，又使气缸中的温度下降不多，可大大提高热效率。另外，为防止空气冷却气缸，必须使用空气的张力作为动力。1769年，瓦特与博尔顿合作，发明了装有冷凝器的蒸汽机。1774年11月，他俩又合作制造了真正意义的蒸汽机（图1）。蒸汽机曾推动了机械工业甚至社会的发展，并为汽轮机和内燃机的发展奠定了基础。 2、蒸汽汽车的诞生

1769年，法国人N·J·居纽制造了世界上第一辆蒸汽驱动的三轮汽车（图2、图3）。这辆汽车被命名为“卡布奥雷”，车长 7.32m ，车高 2.2m ，车架上放置着一个像梨一样的大锅炉，前轮直径 1.28米 ，后轮直径 1.50米 ，前进时靠前轮控制方向，每前进12～15min需停车加热15min，运行速度3.5～ 3.9km/h 。后来在试车途中撞到石头墙上损坏了。尽管居纽的这项发明失败了，但却是古代交通运输（以人、畜或帆为动力）与近代交通运输（动力机械驱动）的分水岭，具有划时代的意义。 1786年，美国人约翰·菲奇发明了蒸汽动力船。到1804年，脱威迪克又设计并制造了一辆蒸汽汽车，这辆汽车还拉着10T重的货物在铁路上行使了 15.7km 。1808年，英国人理查德·特拉唯西克发明了铁路蒸汽机车。1825年，英国人哥而斯瓦底·嘉内制造了一辆蒸汽公共汽车（图3），18座，车速为 19km /h ，开始了世界上最早的公共汽车运营。1831年，美国的史沃奇·古勒将一台蒸汽汽车投入运输，相距 15km 格斯特和切罗腾哈姆之间便出现了有规律的运输服务。1834年，世界上最早的公共汽车运输公司——苏格兰蒸汽汽车运输公司成立了。当时英国爱丁堡市内营运的蒸汽汽车前面坐着驾驶员，中部可容纳20～30名乘客，锅炉位与后部配一名司炉员，蒸汽机气缸位于后轴的前方地板下，以驱动后轮前进。然而，这些车少则3～4T，多则10T，体积大，速度慢，常常撞坏未经铺设的路面，引起各种事故。1865年，英国颁布了世界上最早的机动车法规，即所谓“红旗法规”。规定汽车最高车速不得超过 6.4km /h ，行车时必须有专人挥动红旗，以警示路上的行人和马车。具有讽刺意义的是，由于这条法规的实施，使得英国在制造汽车的起步上大大落后于其他工业国家。1883年，法国人发明了蒸汽动力飞艇。3、实用内燃机的发明内燃机的发明是从往复活塞式开始的。这种内燃机的工作原理是：吸入空气和燃料，压缩并点燃混合气，燃料作功，排出燃烧后生成的废气。这些是按照一定的行程顺序连续进行的。1794年，英国人斯垂特首次提出了把燃料和空气混合形成可燃混合气以供燃烧的设想。1801年，法国人勒本提出了煤气机的原理。1824年，法国热力工程师萨迪·卡诺在《关于火力动力及其发生的内燃机考察》一书中，揭示了“卡诺循环”的学说。1860年，艾提力·雷骆制造了内燃机。1861年，法国铁路工程师罗夏发表了进气、压缩、作功、排气等容燃烧的四冲程发动机理论。这一理论后来成为内燃机发展的基础。他于 1862年1月16日 被法国当局授予了专利，但因罗夏拖欠专利费，使其专利失败。1866年，德国工程师尼古拉斯·奥托偶然在报纸上看到一篇关于勒诺瓦赫内燃机的报道，下决心对其内燃机进行改进，并研究了罗夏的四冲程内燃机的论文，成功地试制出动力史上有划时代意义的立式四冲程内燃机。1876年，又试制出第一台实用的活塞式四冲程煤气内燃机。这台单缸卧式功率为2.9kw的煤气机，压缩比为2.5，转速为250r/min。这台内燃机被称为奥托内燃机而闻名于世（图4）。奥托于 1877年8月4日 获得专利。后来，人们一直将四冲程循环称为奥托循环。奥托以内燃机奠基人载入史册，其发明为汽车的发明奠定了基础。 4、第一台柴油机的诞生本茨和戴姆勒发明的都是汽油机。当时的人们在尝试用汽油作为燃料的同时，也尝试用其他燃油作为燃料。1897年，德国人鲁道夫·狄塞尔（1858～1913）成功地试制出了第一台柴油机（图5）。柴油机从设想变为现实经历了20年的时间，狄塞尔柴油机是冒着生命危险在一片指责声中试制出的。狄塞尔虽然未能活到柴油机用于汽车的那一天，但他亲眼看到自己的发明用于造船业，以绝对优势取代了蒸汽机。鲁道夫·狄塞尔于 1858年3 月18 日生于巴黎。由于父亲是德国移民而遭到法国当局的驱逐，家中生活相当窘迫。12岁时，他又回到法国，毕业后即进入了当地技校学习。两年后又获国家奖学金的优等生资格被当时德国最有名的学府——慕尼黑高等技术学校录取。读书期间，狄塞尔萌发了研制新型经济型发动机的念头。毕业后，当了一名冷藏师。 为了研制经济型发动机，狄塞尔利用业余时间在一些作坊式的小工厂里以自己的设备开始实验，一次氨气实验时，发生爆炸，险些丧命。1892年，狄塞尔经过多年潜心研究，提出了压燃式柴油机的理论。1893年，制造出第一辆试验样机。通过试验，狄塞尔决定对1892年所获得的专利作若干改动，其中重大之一是不用煤粉作燃料。1894年2月7日 ，第二台试验样机运转了1min，转了88圈。狄塞尔在日记中写到：第一台不工作，第二台工作不好，第三台会工作好的。狄塞尔的柴油机诞生于1897年。柴油机的出现不仅为柴油找到了用武之地，而且它比汽油省油、动力大、污染小。可惜的是，这位对柴油机做出重大贡献的狄塞尔于1929年9 月29日在自安德卫普去英国的船上结束了生命。鲁道夫·狄塞尔的发明改变了整个世界。人们为了纪念他，就把柴油机称做狄塞尔柴油机。</p></p></p></p>

汽车尾气的排放污染已成为中国大中城市的重要污染源而日益受到人们的关注。减少尾气排放污染也已成为治理城市大气污染的主要手段之一。1994年由科技部等部门新组建的国家清洁汽车协调领导小组及办公室。正式启动了“空气净化工程一清洁汽车行动”，力争在3—5年内使主要城市的空气质量有明显改善。“空气净化工程”首先将在占汽车总运行里程约40%—50%的公共汽车和出租汽车行业内大力推广清洁燃料如液化石油气(LPG)等代用燃料汽车。

助燃问题

燃气仍然是世界汽车代用燃料的主流，在中国代用燃料汽车中占到90%左右。 美国的目标是，到2010年，公共汽车领域有7%的汽车使用天然气，50%的出租车和班车改为专用天然气的汽车；到2010年，德国天然气汽车数量将达到10万至40万辆，加气站将由180座增加到至少300座。业内专家指出，替代燃料的作用是减轻并最终消除由于石油供应紧张带来的各种压力以及对经济发展产生的负面影响。中国仍将主要用压缩天然气、液化气、乙醇汽油作汽车的替代燃料。汽车代用燃料能否扩大应用，取决于中国替代燃料的资源、分布、可利用情况，替代燃料生产与应用技术的成熟程度以及减少对环境污染等；替代燃料的生产规模、投资、生产成本、价格决定着其与石油燃料的竞争力；汽车生产结构与设计改进必须与燃料相适应。

政策扶持

一是要限制燃气价格，使油、气价格之间保持合理的差价，可保证燃气汽车适度发展；二是鉴于加气站投资大，回收期长，政府适当给予一定补贴，在加气站售出的气价和汽车用户因用气节省的燃料费用之间，调节好利益分配；三是对加气站的所得税，应参照高新技术产业开发区政策，采取免二减三的税收政策；四是将加气站用电按照特殊工业用电对待，电价从优；另外，对加气站用地，能按重大项目和环保产业对待，特事特办，不要互相推诿、扯皮，积极采用国外先进建站标准，科学确定消防安全距离，节省土地资源。

中国燃气汽车保有量达到19万辆，但在技术、标准等方面仍然存在许多问题——　鉴于2004版《汽车产业发展政策》的技术政策更加强调节能和环保，再加上2004年国内外石油价格的不断攀升，燃气汽车再次成为中国汽车业关注的热点。

中国骨干汽车企业已陆续开发出单一燃料或双燃料燃气汽车和大型公交车用发动机，并均已具备批量生产能力。国产高性能天然气加气站成套设备不仅部分替代进口，且有批量出口；清洁汽车关键零部件的技术水平和产业化能力明显提高。另外，燃气汽车专用部件、燃油汽车尾气催化转化器、油品质量及其添加剂等4个检测基地也已相继建立。

发展燃气汽车仍面临诸多难题。一是标准规范欠缺。车用液化石油气加气站和车用压缩天然气加气站的设计规范、车用气体燃料(LPG、CNG)等国家标准尚未完成；加气站建设和燃料质量的保证上还存在较多的问题。

二是关键零部件的技术水平还有差距，环保效果不够显著。中国尚属先进的技术，在国外可能已行将被淘汰，如在中国还未开始采用的废气再循环，国际上早已开发出来已很成熟，且将有新的技术替代。

三是燃气汽车加气站等基础设施建设滞后，关键设备与产业化有待突破。燃气汽车加气站投资规模较大，主要原因之一是进口关键设备如高性能天然气压缩机、脱硫及深度脱水装置等，价格昂贵，而国产设备的性能和可靠性，有待进一步提高，急需组织力量对关键技术进行攻关。同时，要加强国家的统一规划，制定配套政策，保证燃气汽车加气站的建设速度能够适应燃气汽车发展的需求。

因此，专家建议中国燃气汽车今后的发展重点，应放在全新的采用先进技术的单一燃料燃气汽车上，尤其应注意提高燃气汽车开发的科技含量，如采用电喷燃气闭环控制、实现稀薄燃烧、附加三元催化器等，争取达到欧洲Ⅲ号、欧洲Ⅳ号排放法规要求。

此外，中国还应加快制定燃气汽车开发的统一标准，规范技术要求；研制燃气汽车改装装置，在保证质量的前提下，提高国产化率，降低改装成本；加快基础设施建设与加气站设备的改进；继续开展示范城市活动，完善考核指标和评价方法。

截至2003年底，北京、上海、天津、重庆等16个城市被确定为清洁汽车行动的试点示范区。这16个重点推广城市的燃气汽车保有量达到19万辆，已建成加气站560多座。天然气汽车已经占到燃气汽车总量的40%以上。其中有近6万辆燃气汽车投入城市公交和出租车行业运营。虽然这些燃气汽车只占城市汽车保有量的10%，但由于集中在城市区域往复行驶，总运行里程却占40%到50%。 燃油税实施后，燃气汽车有望在税收上得到较大优惠。

然而，燃气汽车的排放优势仅相对于化油器式发动机汽车而言，要使燃气汽车达到欧Ⅲ、欧Ⅳ等更严格的排放标准，还必须大规模应用电控、缸内直喷、多点喷射、稀薄燃烧、增压、催化转化等技术。因此，让燃气汽车成为真正的清洁汽车还有很长的路要走。

汽车标准化技术人员认为由于气体燃料体积能量密度低，仅为汽油的0.11%，行驶里程较短，因而加气站和供应网络的建设就必须走在前面。而这正成为制约燃气汽车发展的最主要因素。 燃气汽车加气站等基础设施建设滞后，关键设备与产业化有待突破。燃气汽车加气站投资规模较大，主要原因之一是进口关键设备如高性能天然气压缩机、脱硫及深度脱水装置等价格昂贵，而国产设备的性能和可靠性又有待进一步提高，急需组织力量对关键技术进行攻关 。

发展燃气汽车是环保产业的一部分。国家推行清洁汽车行动，侧重于燃气汽车发展的方针、原则和步骤。清洁燃料汽车专家认为政策对发展燃气汽车至关重要。法令法规性政策是燃气汽车发展的前提，低价位的气价政策是促进燃气汽车发展的关键，优惠的财政政策是发展燃气汽车的保证。中国发展燃气汽车的具体政策尚不明朗。基本上还未涉及法规性政策、气价政策和财政政策。