国内外气体发动机发展现状及其前景预测

中国产业信息网讯

        好莱坞年度科幻灾难大片《2012》日前在全球上映，影片讲述了全球生态环境日渐恶化最终迎来了世界末日的到来。环境恶化是21世纪人类面临的最主要问题。传统能源对于环境的破坏，传统能源的日渐短缺，将直接影响人类社会的持续发展，威胁着人类的健康和生存环境。于是寻找和发展新能源、替代能源对整个人类社会有着极其重要的意义。 
        作为能耗大户，汽车行业的节能减排一直是各国政府高度关注的焦点问题之一。当前全球资源充足、利用技术成熟的汽车替代能源当属气体燃料。但是气体燃料在汽车上的利用，有时也会因为技术的缺陷而引发污染环境的问题。2009年10月，中国广州市人大代表对广州市LPG公交车的环保性提出了质疑，并由此引发了一系列的论证与反论证。在这一事件中有一件引发争议的核心零部件与节能减排有着密切和直接的联系，便是气体燃料向动力能量的转化地——气体发动机。 
        气体发动机环保优势明显 
        当前使用单气体燃料作为能力源的发动机，主要有LNG(液化天然气)发动机、CNG(压缩天然气)发动机和LPG(液化石油气)发动机三种。气体发动机与同排量的柴油机相比，动力性相当，环保优势明显，更容易达到国IV、国V排放。且当前生产技术趋于成熟，生产工艺设备与柴油机可通用。在油气价差保持的前提下，燃料经济性显著。不过气体发动机也有一定的缺陷，比如续驶里程短、燃料加注时间长、加气站的建设投资太大等。 
        既然环保优势明显，为何广州市会出现LPG公交车污染事件的争议呢?其实2009年10月事件发生时很多专家已经给出了解答，称问题在于引发争议的“不对等测试”没有可比性，就好像“快报废的名车肯定比不过新出厂的低档车”，而对比香港LPG巴士的良好运营情况可以发现，原装LPG公交车和改装LPG公交车的排放量差别明显，这或许才是广州LPG公交污染事件的真正原因。 
        而目前我国公交行业应用气体燃料清洁动力已取得显著成效，北京、上海、广东、四川、重庆、海南、甘肃等许多城市公交公司在发展环保节能型气体城市客车上已经迈出了坚实的基础。随着我国“西气东输”管网的建成与投入使用，国外气源供应日渐稳定增大，气体燃料客车也迎来了发展高峰期。近年来国内各大盛事的举办，都离不开气体燃料清洁能源客车的身影，从2008年奥运会，到2010年广州亚运和上海世博，都已经或者即将出现气体清洁能源燃料大客车的参与。 
        国内外主流的发动机厂家正是看到这一形势，纷纷推出环保节能技术的客车气体发动机，如玉柴近年研发上市的YC6M、YC6L、YC6G和YC4F等九大系列环保发动机、上柴2009年主推的天然气发动机，国际知名的发动机厂商如康明斯、依维柯和戴姆勒-克莱斯勒等也在不遗余力地大力研发和推广气体发动机等。可以说，配载气体发动机的大客车已经成为各大城市必不可少的一份子，并越来越有成为城市公交客车主流的趋势。 
        气体发动机发展现状 
        我国20世纪50年代开始发展低压天然气汽车，80年代中后期改革开放之后，气体燃料汽车开发应用的步伐加快。国内大型发动机厂和汽车厂如玉柴、上柴、潍柴、东风和解放等厂家相继推出了各自的气体发动机产品在市场上推广应用。
        1988年我国从澳大利亚、新西兰、加拿大等国引进CNG加气站的全套设施、改装汽车部件及高压气瓶，分别建站于南充、大庆等地，开启了CNG汽车发展的新时代。 
        相对于LNG发动机，CNG发动机和LPG发动机的技术成熟程度、经济成本等都更现实，目前CNG发动机已经广泛应用其第三代电控喷射CNG的技术，采用高压喷射，通过节气门传感器，气体流量传感器，转速传感器，水温传感器，进气温度传感器，压力传感器和氧传感器等经过中央处理单元来控制点火、空燃比等。更先进的LNG缸内直喷技术目前已得到小批试用，动力性、经济性和排放俱佳，但开发难度较大，费用昂贵，成本也高，国内尚未开始研制。 
        与传统柴油机相比，气体发动机取消了原柴油机的燃油喷射系统相关的零部件，增加了蒸发调压器(LPG发动机)、减压器(CNG发动机)等供给气体燃料的相关零部件。传统柴油机是压燃式发动机，而气体发动机由于受燃料特性限制(抗爆振性能)，采用的是与汽油机一样的点燃方式。在取消了喷油器后，将原缸盖上的喷油器孔改为了火花塞孔。在取消了油泵后，在原油泵安装位置装上了一个点火传动装置，通过点火正时传感器获得发动机的点火正时信号。增加了以点火模块、点火线圈及火花塞等零件组成的点火系统。 
        气体发动机的控制系统多采用电控，与机械式柴油机相比，各工况点的空燃比、点火提前角、增压压力都实现了更精确更科学的控制。为满足这些控制要求，增加了相应的MAP、MAT、ECT、点火正时以及氧浓度等传感器。 
        由于我国能源战略结构的调整，未来将有更多的气体燃料资源通过进口为国内使用。目前在国内正在实施LNG加气系统的城市有北京、乌鲁木齐、长沙等，约有近百辆LNG单一燃料公交示范车辆正在运营。CNG车则已在四川、重庆、北京、西安、内蒙、等地推广。LPG环保节能型气体城市客车也在北京、上海、广东、四川、重庆、海南、甘肃等许多城市的公交系统已经试行。在国外，LPG被用作轻型车辆燃料已有许多年。 
        气体发动机发展前景 
        气体发动机的电控系统和传统柴油机电控系统有所不同，其增压、后处理均有特殊要求，且将先进的电子控制燃料喷射技术应用于气体发动机，以便根据发动机的温度、负荷、转速等关键参数对气体燃料的供给、混合气浓度、点火正时等进行精确控制，以提高发动机的功率和降低排气污染。空燃比控制在电子控制燃料喷射发动机的应用效果非常好，它通过监控发动机排放状态实时调节空燃比，并通过高能、精确点火等自动协调优化方式实现最佳的经济性和排放性。而从成本来看，气体发动机电控系统成本竟还稍低于柴油机电控系统。因此深入开发电控系统的潜力十分巨大，未来必将有更好的发展。 
        由于欧IV排放法规，不仅要求限制天然气发动机非甲烷碳氢(NMHC)的排放，而且还要求控制总碳氢排放(THC)。但先进的氧化型后处理技术如何成功地运用于气体发动机也是关键的技术之一，具有很大研究价值。广州市LPG公交车污染一事有关专家也指出与其尾气后处理系统有关。 
        当前国内气体燃料客车的基础设施和相关零部件产业尚不完善，用户对气体发动机电控技术也还感觉到神秘，并对国产电控气体发动机持怀疑的态度。以北京、上海为代表的发达城市，主要还是采用进口的气体发动机。
        近年来，国产气体发动机不仅在配套的功率范围上实现了拓宽，而且在配套领域也有突破，运行过程中的故障报修率也大大降低。以上柴、玉柴、潍柴等为代表的国内发动机厂不断研制出新技术和新机型，代表了中国内燃机行业的技术实力，也代表了中国未来动力的发展方向。此外，气体燃料大客车的发展对于降低排气污染、节约石油资源有着重要的意义，我国较为丰富的天然气和液化石油气资源也为气体燃料大客车的推广应用提供了有力的能源保障，且气体燃料的使用成本相对于日渐上扬的油价明显具有竞争力，应该为更多客车用户所接受。气体发动机是21世纪的一种新型、绿色动力，未来城市必将由于它的出现而面貌焕然。高效率、低污染的气体发动机的开发与生产，将是中国乃至世界的客车行业未来共同努力的方向。