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1.1 课题目的及意义
1.1.1课题目的
随着汽车工业的快速发展以及汽车保有量的不断增加，汽车工业在给社会带来重大变革的同时，也带来了能源危机、大气污染等严重问题。发展代用燃料汽车已经成为节能与环保的有效途径之一。研究表明，天然气汽车排污大大低于汽油、柴油为燃料的汽车。CO可降低80%，HC将下降60%，NOX降低70%，且尾气中不含硫化物。因此，发展CNG两用燃料汽车，对汽车进行CNG两用燃料改装，也是一种减轻大气污染的重要手段。对汽车进行CNG两用燃料的改装，除了其环保能源优势之外，还有多方面的社会经济效益，将带动相关产业，为开创新兴产业提供了机遇。
CNG是清洁燃料，在发动机应用中相对于汽油燃料具有排放性好和经济性高的优势。而且我国的天然气储量巨大。在汽车中应用CNG燃料，可以充分利用现有的资源，减轻汽车的尾气排放并提高车辆运营的经济性。 限于我国汽车工业的发展，专用的CNG燃料发动机尚不多见，CNG加气站等配套设施也不完善。因此借助汽油机进行CNG燃料的应用研究，开发CNG和汽油两用燃料的发动机系统具有重大现实意义。
对汽车进行CNG两用燃料的改装，可以充分利用丰富的天然气资源，改善能源的消费结构，缓解石油能源之不足，减少环境污染， 获得良好的经济效益和社会效益，对未来中国的燃油结构和汽车工业的发展将会产生重大影响。
1.1.2课题意义
世界天然气资源丰富。截至2015年底，世界常规天然气可采资源量为567.5万亿立方米，累计产量99.3万亿立方米；非常规天然气可采资源量为583.9万亿立方米（其中致密气98.9万亿立方米、页岩气224.1万亿立方米、煤层气52.9万亿立方米、水合物气184.0万亿立方米、水溶气24.0万亿立方米）。《中国天然气发展报告（2017）》指出，2016年中国天然气产量1369亿立方米，比上年增长1.7%。其中，页岩气产量79亿立方米，比上年增长72%，煤层气地面抽采量约45亿立方米，较2015年略有增长，煤制天然气产量21.6亿立方米，比上年增长15%。截至2016年底，全国累计探明常规天然气地质储量11.7万亿立方米，累计探明煤层气地质储量6928.3亿立方米，累计探明页岩气地质储量5441.3亿立方米。中国资源禀赋的特点是“富煤、缺油、少气”。
国家发改委等十三部委联合发布《加快推进天然气利用的意见》指出，将以燃料清洁替代和新兴市场开拓为主要抓手，加快推进天然气在城镇燃气、工业燃料、燃气发电、交通运输四大领域的大规模高效科学利用。《意见》明确，到2020 年天然气在我国一次能源消费结构中的占比将达到10%，到2030年力争提高到约15%。国家发展改革委和能源局发布《天然气发展“十三五”规划》指出，到2020 年，我国天然气综合保供能力应达到3600 亿立方米以上，天然气消费占一次能源消费比例达到10%，大力发展天然气产业，逐步把天然气培育成主体能源之一。
《能源发展战略行动计划（2014-2020年）》提出：实施绿色低碳战略，大力发展天然气 “提高天然气消费比重”，“到2020年，天然气比重达到10%以上” 。“稳步发展天然气交通运输，结合国家天然气发展规划布局，制定天然气交通发展中长期规划，加快天然气加气站设施建设，以城市出租车、公交车为重点，积极有序发展液化天然气汽车和压缩天然气汽车，稳妥发展天然气家庭轿车、城际客车、重型卡车和轮船。”《2016年能源工作指导意见》：“积极推进天然气高效利用”，“完善交通领域天然气利用技术标准，加强加注站规划建设，积极发展以天然气为燃料的交通工具。
结合世界天然气现状以及中国天然气发展规划布局，发展天然气汽车已为必然。在目前能源危机四伏，减排压力巨大和物流成本高企的背景下，“以气代油”的呼声已经越来越高，作为清洁能源，天然气，在汽车上的应用将成为未来趋势。
在天然气汽车中，必不可少的便是发展CNG两用燃料汽车。发展CNG两用燃料汽车，不仅顺应了国家发展天然气的政策号召，还可以充分利用丰富的天然气资源，改善能源的消费结构，缓解石油能源之不足，减少环境污染。截止2016年12月底，中国天然气汽车的保有量为557.6万辆，其中LNG汽车26万辆，故对汽车进行CNG两用燃料的改装具有巨大的市场。在汽车改装中，CNG两用燃料改装技术已经非常成熟，即在汽油车基础上加装一套CNG专用装置和气瓶，并不改变原车结构，加装工艺与原装车雷同，技术上几无难点。以城市出租车和家用轿车为代表的CNG小型乘用车改装，安全环保，易于“油改气”，成本也较低。对汽车进行CNG两用燃料的改装，可以充分利用天然气资源，替代十分短缺的汽油、柴油，成为调整新能源结构的有效途径；能有效减轻大气污染，改善大气环境，对每个人都有好处。当对汽车进行CNG两用燃料改装后，可降低汽车的运营成本，可代替大量汽油，可促进天然气的充分利用，可节省维修费用，可减少油品的长途运输费用。对汽车进行CNG两用燃料的改装，可使汽车具有良好的安全性，压缩天然气（CNG）在车辆上储存、传输和加注是在严格的管道内进行，不会泄漏，即或是有泄漏现象发生，由于天然气比空气轻，在空气中遇微风而被驱散，加上天然气燃点高达700oC左右，不易形成可燃混合气，所以汽车用天然气不易产生火灾事故，比用汽油安全。
1.2国内外研究现状
随着人类社会现代化程度不断提高，全球对汽车的需求量日益增加，汽车给人类带来方便的同时亦带来了严重问题。汽车消耗大量石油资源加剧了石油短缺的危机，同时汽车运行所排出的大量有害气体对环境造成严重污染。就解决能源危机及环境污染两大问题，全球各地正积极开拓使用洁净能源之一的天然气作为车用燃料。天然气汽车以其高效率、低污染为主要特点，已成为汽车产业发展的必然选择。目前天然气汽车在全球各地的市场上发展活跃，尤其是压缩天然气（CNG）汽车。CNG汽车的技术发展已达至相当成熟的阶段。天然气发动机经历了三代技术，第一代产品是机械式，第二代属于简单闭环控制，第三代采用电控喷射CNG技术。
1.2.1 国外研究现状
国外最早出现的天然气汽车是在19世纪末，由于技术较为落后，将天然气以普通大气压的形式填充在大气包中，这种原始的方法仅仅适用于贫油地区的小规模使用，由于受到储存装置的限制，很快被淘汰使用。目前，全世界拥有燃气汽车的国家，主要分布在天然气资源丰富的意大利、新西兰、阿根廷、巴西等国家和环保法规严格的美国、日本等国，这些国家的CNG改装技术也属于国际领先地位。
目前，全球已有近70多个大型汽车制造公司研发及生产CNG汽车，如宝马、通用、本田、沃尔沃等。制造商同时生产轻型骄车及重型货车，CNG汽车改装装置和CNG气瓶的生产量不断增加。在天然气汽车发展及改装技术方面，美国制定了一系列的发展天然气汽车计划和扶持政策，美国的天然气工业得到了极大的发展，美国的天然气汽车改装技术已日益成熟，比如微电脑多点喷射系统、家用小型充气机等多种高质量产品。意大利在国内率先推广使用了改装天然气汽车，意大利天然气改装技术已经非常成熟，这得益于意大利国家健全的法律和超前的环保意识，意大利已成为世界上大气污染程度最低的国家之一。由于日本是一个资源非常贫乏的国家，石油与天然气都非常匮乏，日本发展天然气汽车的主要目的是为了环境保护，因此日本政府大力发展天然气汽车，为天然气汽车改装和安装天然气设备提供经济支持，改装技术也相对比较成熟。
1.2.2 国内研究现状
我国天然气汽车保有量迅速，天然气汽车技术得到了长足发展。天然气发动机和其他关键部件基本已经实现了国产化。在大型城市，天然气汽车已经大规模应用，取得了良好的经济效益和环境效果。截止2016年12月底，中国天然气汽车的保有量为557.6万辆，其中LNG汽车26万辆。
目前，在CNG汽车改装方面，我国企业实现了第三代电喷 CNG 发动机批量生产，自主开发出电控单元、天然气喷嘴、减压器等燃气汽车专用装置。在气瓶的研发、生产方面，我国掌握了 CNG 及LNG 全系列气瓶的生产制造技术。压缩机、加气机、储气装置、净化装置等加气站设备已全部国产化，国产设备市场份额占 90%以上。随着加气站设备、供气转换装置等关键零部件的自主开发生产，为我国天然气汽车改装的规模化发展提供了重要支撑。我国CNG两用燃料汽车改装技术也趋于成熟。
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