天然气汽车如何工作

“气体”这个词是一个容易混淆的术语，因为它被用来描述许多相似但不完全相同的不同物质。例如，你放在汽车里的“汽油”是汽油，原油的一种成分，或石油。石油是一种深色、粘稠的液体混合物，由古代海洋动物在地下腐烂形成。

天然气也来自古代生物的腐烂，但它自然地以气态形式而不是液态形式存在。天然气通常与原油伴生。它来自陆地植物和水生有机物，形成于石油沉积物的上方或下方。在储层中存在的高压下，它经常溶解在原油中。也有天然气储层，称为非伴生气，只含天然气而不含石油。

天然气主要由甲烷和其他烃类气体组成。碳氢化合物是仅由碳元素和氢元素组成的有机化合物。天然气中的碳氢化合物被称为饱和碳氢化合物，因为它们含有由单键结合在一起的氢和碳。如图所示，甲烷是最简单的饱和烃。

和汽油一样，天然气是可燃的，这意味着它可以用于燃烧引擎像汽油一样。但是能够燃烧天然气的汽车直到20世纪30年代才出现。

我们从地下储层中提取天然气钻井向地下挖井。一口现代化的井，配备了钻石-镶钻钻头，可钻至接近25,000英尺的深度。

提取和处理

大多数现代油井同时开采原油和天然气。一些天然气可以使用，因为它来自油井，无需任何提炼，但大多数需要处理。天然气处理包括将所有不同的碳氢化合物和流体从“湿”天然气中分离出来，直到它“干燥”。干天然气是纯甲烷，它是许多消费者应用的选择燃料，包括天然气汽车。

整个19世纪，天然气的使用一直局限于局部，因为没有办法长途运输大量的天然气。1890年，防泄漏管道联轴器的发明使得从源头运输天然气成为可能。在接下来的20年里，管道技术不断改进，直到长距离天然气输送成为现实。从1927年到1931年，工人们在美国建造了10多个主要的天然气传输系统，使天然气成为许多应用的可行能源。20世纪60年代末和70年代初的石油短缺使人们对天然气作为燃料来源重新产生了兴趣，尤其是汽车燃料来源。

如今，拥有天然气汽车的人可以在美国1300个加油站中的一个给自己的汽车加油。本田还向购买其思域(Civic)的消费者提供了一款个人天然气泵。这种泵使用家庭现有的天然气管道，安装成本在500到1500美元之间。

在下一节，我们将讨论天然气汽车是如何设计的。

沼气

天然气并不是甲烷的唯一来源。甲烷也可以通过在低氧条件下发酵有机肥等有机物来获得。在这样的条件下，细菌会利用粪便中的营养物质作为食物来源，并释放出甲烷和二氧化碳作为废物。这种沼气被称为沼气，可以收集起来用作燃料。

天然气汽车使用的基本原理与汽油汽车相同。换句话说，燃料(这里是天然气)在四冲程发动机的气缸中与空气混合，然后由火花塞点燃，推动活塞上下运动。尽管天然气和汽油在可燃性和点火温度方面存在一些差异(见下表)，但天然气动力汽车本身的基本原理与汽油动力汽车相同。

财产	天然气	汽油	柴油
可燃性极限(在空气中的体积%)	5 - 15	1.4 - -7.6	0.6 - -5.5
自动点火 温度(°F)	842	572	446
火焰峰值 温度(°F)	3423	3591	3729

不过，为了让NGV更有效地工作，还需要进行一些修改。这些变化主要是在油箱，发动机和底盘。

燃料存储
大多数天然气汽车使用压缩天然气，因此燃料占用的空间更小。在加油站，汽油被压缩到每平方英寸3000 - 3600磅，然后被泵入安装在车辆尾部、顶部或底盘上的高压管状气缸。早期的天然气动力汽车的储油罐体积庞大，占据了大部分的载货空间，但新的、更轻的气瓶已经开发出来。这些被称为集成存储系统(ISSs)的全复合圆柱体装在玻璃纤维外壳和吸震泡沫中，以在发生碰撞时保护它们。圆柱体的直径也更小，这样三个圆柱体就可以放在一起，形成传统油箱的大小和形状。

图片由约翰霍普金斯大学应用物理实验室

引擎的修改
当天然气汽车的发动机启动时，天然气从储气瓶流入燃料管道。在发动机附近，天然气进入调节器以降低压力。然后气体通过多点气体燃油喷射系统，它将燃料引入汽缸。传感器和计算机可以调节燃料和空气的混合物，这样当火花塞点燃气体时，它就能有效地燃烧。天然气发动机还包括锻造铝、高压缩活塞、淬硬镍钨排气阀座位和甲烷专用催化转化器．

照片礼貌约翰霍普金斯大学应用物理实验室 一台天然气发动机

底盘的修改
可能需要对天然气燃料车的悬挂进行一些修改，以便为燃料储存容器创造空间。在汽车后部，半拖臂悬挂有时会取代许多汽油动力汽车的标准横向悬挂。这在后起落架创造了更多的开放空间，但仍然提供了一个平稳，舒适的乘坐。ngv也会移除备用电池轮胎还有杰克，这样就可以有一个平面了。安装“跑气”轮胎，如固特异轮胎的扩展机动性轮胎，以弥补备用轮胎和千斤顶的缺失。

照片礼貌约翰霍普金斯大学应用物理实验室

加油的差异
为天然气汽车加油可能也有点不同。加油点通常在车辆的前部，但在一些ngv中，如本田思域GX，加油点在后方。一辆NGV可以在一个“快速加满”的泵上加燃料，大约在它加任何汽油的时间——或者柴油驱动车辆。或者，NGV可以在5到8小时内通过“慢速填充”的方法进行燃料填充。本田提供的家庭加油站是缓慢加油的品种，车主需要在夜间为自己的汽车加油。

接下来，我们将讨论天然气汽车比汽油汽车有什么优点，以及缺点。

ngv最大的优点是减少了对环境有害的排放。与汽油车相比，天然气车可以减少93%的一氧化碳排放，33%的各种氧化物氮排放和50%的活性碳氢化合物排放。ngv的颗粒物(PM10)排放量也更高。PM10颗粒通过空气运输和沉积有毒物质。在柴油环境下运行的ngv可将PM10的排放量减少10倍。

天然气汽车也有这些好处:

构建与购买ngv可以从头开始构建，以包含上述设计增强。一辆全新的天然气车要比一辆汽油车贵4,000到8,000美元。也有可能将传统的汽油车改装成天然气车。这也可能是昂贵的，修改通常要花费3000到5000美元。只使用天然气的车辆被称为“专用”ngv。既能使用天然气又能使用汽油的车辆被称为“双燃料”车辆。在双燃料汽车中，驾驶员可以在驾驶时安全地切换燃料。

• 生物质是安全的。天然气燃料汽车上的燃料储罐比汽油或柴油储罐更厚、更坚固。美国已经有两年多没有天然气燃料罐破裂的情况了。

• 天然气的成本比汽油低。平均而言，天然气在加油站的价格比汽油低三分之一。

• 天然气既方便又丰富。美国有完善的管道基础设施，可以将天然气输送到几乎所有的城市地区和大多数郊区。美国有1300多个天然气燃料加油站，而且每天都在增加。

• 与石油价格相比，天然气价格表现出了显著的稳定性。从历史上看，与以石油为基础的燃料相比，天然气价格表现出了显著的价格稳定性。这种稳定性使得精确规划长期成本变得容易。

• ngv的维护成本较低。因为天然气燃烧非常清洁，所以它减少了发动机的磨损，延长了调整和换油之间的时间。

缺点
人们对天然气汽车最大的抱怨之一就是它们不像汽油汽车那么宽敞。这是因为天然气燃料汽车必须放弃宝贵的货物和后备箱空间，以容纳燃料储存气缸。不仅如此，这些气瓶的设计和制造成本都很高，这是天然气汽车总体成本高于汽油汽车的一个因素。

照片礼貌约翰霍普金斯大学应用物理实验室 后起落架显示燃料缸

天然气动力汽车的另一个缺点是行驶里程有限，通常只有汽油动力汽车的一半左右。例如，本田(Honda)的思域(Civic)天然气车思域GX可以在不加油的情况下行驶220英里。一辆普通的汽油动力思域在不加油的情况下可以行驶大约350英里。如果一辆专用的天然气汽车在路上耗尽了燃料，它将不得不被拖到车主家里或当地的天然气加油站，这可能比“普通”加油站更难找到。

最后，应该指出的是，天然气和汽油一样，是化石燃料，不能被认为是可再生资源。虽然美国的天然气储量仍然可观，但它们并非取之不尽，用之不竭。一些人预测，如果按照2003年的产量水平继续生产，剩余的天然气储量还可以再使用67.1年。

尽管ngv提供了一些优势，但它们仍然相对少见。根据天然气联盟的数据，目前美国有13万辆天然气汽车在路上行驶，全球有250多万辆。考虑到这一点，2001年美国注册的汽车数量为1.425亿辆，这意味着在美国，汽油动力汽车的数量几乎是天然气动力汽车的1100倍。然而，包括福特(Ford)、通用汽车(General Motors)、丰田(Toyota)和沃尔沃(Volvo)在内的40多家制造商目前生产ngv。

照片礼貌本田 Phill家庭加油装置

在NGV设计和工程方面领先的两家汽车公司是本田(Honda)和戴姆勒克莱斯勒(DaimlerChrysler)。本田是第一家提供零售NGV的制造商——本田思域GX轿车，这款车还配备了一个家庭加油站，该公司将其命名为“Phill”。思域GX是一款专用天然气汽车，这意味着它只能使用天然气。戴姆勒-克莱斯勒正在生产一款同时使用汽油和天然气的e级奔驰车。它被分类为“NGT”，即“天然气技术”，一次燃料可以行驶621英里——使用天然气186英里，使用汽油435英里。

而车辆,如公民GX 200 NGT和E只能在非常有限的市场(前者在某些西方国家,后者在欧洲),生物质将更广泛地得到消费者在未来的二十年里,尤其是在石油价格继续上升。当这种情况发生时，绿色会更容易一些。

有关天然气汽车和相关主题的更多信息，请查看下一页的链接。

NGV舰队多年来，每天行驶数英里的燃料密集型车队一直在使用天然气。这将包括出租汽车、公交和校车、机场班车、建筑车辆、垃圾车、送货卡车和公共工程车辆。为什么船队特别适合天然气?首先，车辆数量越大，改装车辆或直接购买车辆就越经济。但更重要的是，车队车辆集中维护，使加油过程方便和可靠。 许多长途卡车和公共汽车使用另一种名为液化天然气(LNG)的天然气。液化天然气是通过将天然气冷冻至-260华氏度，并将其冷凝成液体而制成的。液态的密度要大得多，因此它所占据的空间有更多的势能。这意味着在汽车或卡车的相同空间中可以存储更多的能量。