邹博文_中国天然气汽车发展现状与前景

柴油车PM单车排放↓ 11% , 但总量达59万吨，↑ 4%
1、汽车发展与能源环境

加拿大研究：NASA卫星显示PM
污染中国华北和华东最严重

《工人日报》：中国58%的城 市空气中所含悬浮粒子浓度超 过世卫组织标准5倍

新浪网：2013年初以来，我国 1/4国土面积持续雾霾天气， 受影响人口约6亿人
其他：GB7258 机动车运行安全技术条件 GB17691 车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车 排气污染物排放限值及测量方法 GB 18352.3 轻型汽车污染物排放限值及测量方法
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汽车发展与能源环境
天然气汽车产业发展
天然气汽车标准体系 技术发展现状与趋势 前景分析与相关建议
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国标13项 行标16项
发动机
标准2项
加气机 标准3项
GB/T 19236 压缩天然气加气机加气枪 GB/T 19237 汽车用压缩天然气加气机 JB/T 10298 汽车加气站用天然气压缩 机
储气瓶及 附件标准 6项
燃料标准 2项
GB 18047 车用压缩天然气 GB/T19204 液化天然气的一般特性
当量燃烧+三元催化
NOx排放控制与动力性、经济性、可靠性 和生产成本的综合最优技术路线是关键！
4、技术发展现状与趋势
单燃料商用车—技术路线
空燃比 点火系统 设计 参数 当量燃烧（绿色为优势） λ=1 对于点火系统的要求低 能量略高于汽油(35mJ) 最高2.0 受爆震限制，不高于10.5 三元催化满足国Ⅴ、国Ⅵ 强化冷却、燃烧、排气等 与原机相当，低速扭矩好 稀薄燃烧（红色为优势） λ=1.55～1.60 高能点火设计(80～160mJ) 需要关注线圈可靠性和EMC 最高2.5 10.5～11.5 氧化催化，国Ⅵ需增加SCR 在原机上进行适当强化即可 与原机相当，增压限制低扭
中国石油总消费量（亿吨）
汽车发展事关国家能源安全！
1、汽车发展与能源环境
汽车减排成效卓著！（2011年）

54%的在用车满足国Ⅲ/Ⅳ/Ⅴ，汽车保有量↑20%，但CO和HC ↓12%、 ↓ 7%

汽油车单车污染物↓ 15%～27% ，柴油车↓ 11%～25%
减排形势依然严峻！（2011年）

NOx总排放2404.3万吨(↑30%), ，汽车排放占比约24%(576.4万吨，↑7%)
专用发动机设 计与控制策略
双燃料 商用车 应用类型
高替代率与高可靠 性的最优控制策略
重点难点
4、技术发展现状与趋势
两用燃料乘用车
•基于PFI的两用燃料—现有技术升级 双ECU
多为主从式跟随控制 方式，平台适应力强 未来研发方向 精细控制策略 燃气组分自学习控制 完整的燃气EOBD技术 燃气时最优增压控制 燃气时最优VVT控制
2012年石油对外依存约58%，连续4年超过国际能源安全警戒线，2015年前将超60%
2012年汽柴油消费2.5亿吨，汽车消耗超过60%，年新增消费的70%用于新增汽车 2020年汽车保有2.5亿辆，即使降油耗20%，保守预测燃油缺口仍将达6000万吨
石油对外依存度52%，超 过国际能源安全警戒线
3.73 3.52 3.66 4.54 4.08 4.23 4.9 按年增 长6%保 守的计 4 3.75 汽 柴 油 消 费 总 量 预 测
燃气汽车标准体系
包含所有使用天然气、液化石油气及二甲醚燃料的机动车，涉及8个领域
燃气汽车标准体系
基 础 标 准
整 车 标 准
发 动 机 标 准
专 用 装 置
储 气 瓶 及 附 件
燃 料 标 准
加 气 机 标 准
加 气 站 标 准
3、天然气汽车标准体系
天然气汽车标准体系
GB/T 17676 天然气汽车和液化石油气汽车 GB/T 17895 天然气汽车和液化石油气汽车 标志 词汇 GB/T 26780 压缩天然气汽车燃料系统碰撞安全要求 GB/T 23335 天然气汽车定型试验规程 GB/T 29125 压缩天然气汽车燃料消耗量试验方法 GB/T 18437.1 燃气汽车改装技术要求 第1部分：压缩天然气汽车 GB 19344 在用燃气汽车燃气供给系统泄漏安全技术要求及检验方法 GB/T 27876 压缩天然气汽车维护技术规范
国家科技战略对自主燃气汽车技术研发的总体布局
4、技术发展现状与趋势
三大关键技术
两用燃料 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ用车
多点顺序喷射
燃气最优点火与燃 料管理的控制策略
OEM(已应用) 在用车(已应用) OEM(已应用) 在用车(已应用) OEM(无) 在用车(应用少) 市场推广
单燃料 商用车
多点顺序喷射
单点集中喷射
电控式柴油机 机械式柴油机 基础技术

《2012年北京市环境状况公 报》：北京市机动车PM2.5排
北京雾霾天气
上海雾霾天气
放已超过工业排放，占比达
22.2%，成为第一大污染源
雾霾天气和汽车PM排放已成为焦点问题！
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汽车发展与能源环境
天然气汽车产业发展
天然气汽车标准体系 技术发展现状与趋势 前景分析与相关建议
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2、天然气汽车产业发展
中国天然气汽车发展现状及前景
邹 博 文 中国汽车工程研究院 国家燃气汽车工程技术研究中心
2013.12
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汽车发展与能源环境
天然气汽车产业发展
天然气汽车标准体系 技术发展现状与趋势 前景分析与相关建议
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1、汽车发展与能源环境

2012年我国汽车产销1927.18万辆和1930.64万辆，连续4年全球第一 2012年总保有量超1.2亿辆，千人保有88辆，世界平均155辆，发达国家600～800辆
发展基础

天然气一次能源占比将显著提升，2015年提升到7.5% 天然气汽车是一次能源利用，WTW能源效率比汽油高20% 内燃动力、技术成熟、产业链基础好 燃料价格低是驱动市场需求的直接动力
2、天然气汽车产业发展
减排效益
天然气汽车在WTW内，较汽油车HC减72%，CO2减33%，NOx减29%；较柴油车HC 减22%，CO2减9% ，NOx减63%，且无铅、苯等致癌物质，也基本不含硫化物
发展概况

32个省级行政区推广，已形成“示范辐射周边、区域辐射全国”
保有量约300万辆（四川、新疆、山东最多），其中公交车约13万辆，出租车78万辆， 私家车200余万辆，其他车辆约3～5万辆

加气站近4000座，CNG近3000座，LNG和L-CNG约1000座

LNG汽车发展快，保有量约10万辆
增压度
压缩比 后处理 本体设计 功率
动力性 经济性
瞬态响应
发动机 整车 排放 热负荷 燃烧稳定性 生产成本 开发周期
快
最低比气耗较高 低扭好，实际气耗并不高 国Ⅴ、国Ⅵ 高（需整机强化设计） 稳定 生产成本较低 国Ⅴ周期长，国Ⅵ周期短
慢
最低比气耗较低 低扭不足，气耗无明显优势 国Ⅴ、国Ⅵ需SCR 低 易失火 生产成本较高 国Ⅴ周期短，国Ⅵ周期长
年代燃油约2000万吨，减排二氧化碳1200万吨

2、天然气汽车产业发展
产业现状—概况
60余家企业生产整车，产品公告400多个，发动机功率35～400kw OEM原厂车约20万辆/年，乘用车排放水平国Ⅳ，商用车国Ⅴ
一汽大众捷达CNG轿车
江淮和悦CNG轿车
力帆620 CNG轿车
长安之星CNG厢式货车
柴油
LPG 天然气
0.616
0.925 0.482
333
340 304
0.617
9.487 8.476
2.284
1.016 0.847
0.261
0.222 0.030
天然气汽车减排效 益显著，有利于汽 车行业可持续发展！
不同车用能源WTW排放对比（来源：中国汽车技术研究中心）
2、天然气汽车产业发展
苏州中材车用CNG气瓶
温州强盛CNG压缩机
四川空分LNG加气机
中国汽研发动机ECU、喷嘴、减压器
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汽车发展与能源环境
天然气汽车产业发展
天然气汽车标准体系 技术发展现状与趋势 前景分析与相关建议
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3、天然气汽车标准体系
全国汽车标准化技术委员会燃气汽车分技术委员会
1996年成立标准化工作组，1997年成立全分技术委员会，为推动燃气汽车健康发 展做出了一定贡献
2012年天然气汽车产品产量结构分布
2.8万辆，2012年新增4.2万辆
2、天然气汽车产业发展
产业现状—关键零部件
气瓶产能超过200万只/年；ECU、减压器、喷嘴等自主关键零部件批量进入OEM市场 压缩机和加气机等站用设备实现国产化，国产份额达90%以上，部分产品达到100%
张家港富瑞车用LNG气瓶
恒通LNG客车
陕汽德龙LNG重卡
2、天然气汽车产业发展
产业现状—整车结构

2011年乘用车产量约7万辆，占
比超过65%；2012年约12万辆，
占比62%（主要仍为轿车）

2011年商用车产量约3.5万辆，
占比约35%；2012年约7.3万辆，
占比38%（主要仍为客车）

LNG汽车发展迅速，2011年新增

单ECU
主动精细控制，瞬态
响应好，系统成本低
•基于GDI的两用燃料—未来技术发展
GDI结合VVT或增压可降油耗25%以上，是汽油先进技术趋势，燃气必须紧跟应用 基于GDI汽油机可发挥天然气抗爆性优势，进一步提升燃气时的效率并降低排放 技术研发的关键是燃气喷射模型、VVT（增压）最优控制和油气的最优协同管理
可靠性 投入
4、技术发展现状与趋势
单燃料商用车—后处理系统对比
三元催化器（当量） 起燃温度 反应剂 250～300℃ SCR（稀燃） 350～400℃ 备注 拥堵城市SCR效率受限 SCR需补充尿素，控制故障或使 用不当会造成二次污染
Pt/Pd/Rh促进 NH3 HC+NOx，CO+NOx等反 应，同时解决NOx、CO 和HC 前后氧传感器 好 大量用于汽油机 低 NOx传感器 管路、尿素泵易堵塞 目前应用少 很高
3.17 2.25 2.3 2.49 2.72
3.3
车 · 用 汽 柴 油 量 预 测
2.4 可 供 汽 柴 油
汽车用 油存在 1.35亿 吨缺口
按目前汽 车用油占 比60%计
2000
2001
2002
2003 2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011 2012
2020 2020年汽车用油预测（亿吨）
总体趋势：紧随汽油技术，结合燃料特性，提升整机效率！
4、技术发展现状与趋势
单燃料商用车—技术需求
• •
国家“十二五”规划纲要：NOx排放2015年比2010年下降10% 中重型商用车占汽车保有量约10%，NOx排放的占比超过80%
法规\污染物
国Ⅲ 国Ⅳ 国Ⅴ 国Ⅵ （未来）
CO 5.45 4 4 4
4、技术发展现状与趋势
科技攻关计划 清洁汽车产业化关 键技术研究与示范 • 构建产业技术基础 • 形成自主集成技术 • 开展重点示范工程
863计划 节能与新能源汽车 • 掌握关键部件设计 • 构建自主技术平台 • 深入推广示范应用
863计划&科技支撑计划 汽车动力总成关键技术 • 满足法规升级需要 • 提升电控系统性能 • 提升部件制造水平

以中心城市11m公交车搭载177kw（240马力）柴 油机，运行15小时计算：1台国Ⅳ/Ⅴ柴油车PM年排

约10kg，若中心城市保有1万台，全部改为天然气 燃料，则减少PM排放100吨/年

即使和汽油混合动力相比，天然气汽车在乡村
和高速上的CO2排放仍有明显优势
HC 汽油 1.747 CO2 451 CO 11.166 NOX 1.187 SOx 0.382
专用装置技术条件、安装要求、 喷嘴、CNG减压调节器、电磁阀、 高压管路等零部件标准
基础标准 2项 专用装置 标准8项
整车标准
6项
QC/T 691 车用天然气单燃料发动 机技术条件 QC/T 692 汽油/天然气两用燃料 发动机技术条件
GB/T 18363 汽车用压缩天然气加气口 GB 17258 汽车用压缩天然气钢瓶 GB 17926 车用压缩天然气瓶阀 GB 19533 汽车用压缩天然气钢瓶定期检 验与评定 GB 24160 车用压缩天然气钢质内胆环向 缠绕气瓶 GB 24162 汽车用压缩天然气金属内胆纤 维环缠绕气瓶定期检验与评定
NMHC 0.78 0.55 0.55 0.16
CH4 1.6 1.1 1.1 0.5
NOx 5 3.5 2(↓43%) 0.46(↓77%)
PM 0.16 0.03 0.03
0.01
燃气机CO、NMHC和PM较低，CH4可后处理解决，NOx是难点
4、技术发展现状与趋势
单燃料商用车—技术路线
稀薄燃烧+氧化催化+(SCR)