近日，中國首臺大功率缸內高壓直噴壓燃式天然氣發動機(簡稱“HPDI發動機”)上市發布儀式在北京釣魚臺舉行。這一技術創新成果，由中國首家研發和生產缸內直噴天然氣發動機的合資公司——濰柴動力西港新能源發動機有限公司推出。該項目的開發成功，填補了國內天然氣缸內直噴發動機在應用領域的空白。

第五代燃氣發動機

我國目前擁有全球最大的裝備制造業市場，同時裝備制造業的高速發展對國民經濟的發展也起到了重要的推進作用。但不可否認的是，在工程機械產品給人們帶來財富的同時，也消耗了大量資源，并在一定程度上加重了日益嚴重的環境污染。另一方面，我國2011年內燃機行業產量7700萬臺，這些產品將消耗燃油約2.7億噸，達到了我國燃油消耗總量的59.27%，而我國原油對外依賴度達到了60%，僅內燃機行業的燃油消耗就相當于我國進口原油的總量。面對嚴峻的環境壓力，如何通過技術進步走出低碳環保的道路將是實現我國可持續發展的重要課題。

用更先進的技術推動綠色環保發動機的生產進程，是濰柴動力履行社會責任的實際行動。多年來，濰柴動力一直致力于生態技術，其技術研發水平一直走在中國內燃機行業前列。與此同時，濰柴動力還是我國新能源發動機科技攻關計劃項目承擔單位，以強大的生產、技術能力與多家國際知名公司在新能源氣體發動機領域有著廣泛合作。

2008年，濰柴動力股份有限公司聯合加拿大西港創新公司、香港培新投資有限公司共同合資成立濰柴動力西港新能源發動機有限公司。合資公司擁有以高壓直噴為核心的國際領先的天然氣發動機技術，集研發、生產、銷售于一體，致力于向中國及國際市場提供應用于重型卡車、城市公交、船用、發電及工程機械等領域的天然氣發動機系列產品。

燃氣發動機在經歷了四代產品的發展之后，目前已經在公交、卡車、裝載機以及船舶等各個領域得到了相對廣泛的應用。合資公司結合濰柴動力卓越的藍擎發動機平臺，通過引進加拿大西港的高壓直噴技術，經過潛心研發，終于成功使國際領先的高壓直噴天然氣發動機落戶中國。本次發布的產品屬于第五代燃氣發動機產品，該產品使用天然氣為主要燃料，同時保證了原柴油發動機的動力、扭矩和效率，給傳統的火花塞點燃式天然氣發動機帶來了一次革命性的科技創新。該項目的開發成功，填補了國內天然氣缸內直噴發動機在應用領域的空白，這將是中國天然氣發動機發展史上的一個里程碑。

HPDI溯源

根據天然氣噴射壓力高低，缸內直噴天然氣發動機可以分為低壓噴射和高壓噴射兩種。低壓噴射天然氣發動機是在進氣閥關閉后，將天然氣噴入氣缸，在著火之前形成均質的預混合氣并采用電火花點火或噴入少量引燃油使混合氣燃燒。由于天然氣是在進氣閥關閉后噴射，因而噴射壓力比較低，通常在0.2~1.0MPa之間。采用缸內直噴后，提高了發動機的有效充氣效率，因而發動機的最大功率提高了9%左右。但是，低壓缸內直噴發動機的燃燒過程類似于火花點火天然氣發動機，因而發動機的壓縮比較低，限制熱效率進一步提高。另外，由于仍然需要采用節氣門通過節流作用調節發動機的充量，在中小負荷條件下節流損失大。

天然氣高壓缸內直噴技術是在壓縮上止點前用高壓方式噴入天然氣，通過噴入的微量柴油引燃或電熱塞助燃天然氣，實現天然氣的非均質混合氣擴散燃燒。因而能夠很好地解決低壓缸內直噴和缸外供給天然氣發動機存在動力性差、熱效率不高及中小負荷性能不良等問題。采用天然氣高壓缸內直噴技術，發動機不需要節氣門，因而不存在節氣門節流損失及因天然氣引起的容積效率損失。由于以天然氣的燃燒為主，因而具有無可見煙度排放的特點;同時采用擴散燃燒方式，可具有與柴油機相當的CO和HC排放性能。

濰柴HPDI發動機所采用的技術基于PhilipHill博士在20世紀80年代早期的研究，利用高壓共軌直噴燃料系統，在壓縮上止點前用5%的柴油噴入氣缸引燃，95%的天然氣以300bar的壓力噴入到火焰中成為主燃料燃燒做功，由此顆粒物質排放降低70%，CO2降低約20%，達到“國V”排放標準。而柴油機要達到“國V”排放則需要采用成本較高的SCR(SelectiveCatalystReduction選擇性催化還原系統)。

環保與經濟

對于HPDI發動機的特點，濰柴動力董事長譚旭光總結說：“HPDI發動機的特點是使用清潔環保的天然氣，因而具有兩個特性，一個是環保性好，一個是經濟性好，可以給用戶帶來實惠和利潤。”

使用HPDI發動機，經濟效益顯著。首先，天然氣價格低于柴油價格;其次，無節流閥發動機負載控制，節省了燃料的消耗;高壓直噴噴嘴根據共軌噴射發動機設計，能夠進一步提升性能，降低燃料消耗、排放和噪音。因此，用戶的燃料成本可大幅度降低。

就可靠性來說，HPDI發動機零部件與柴油機通用性高，無需改動活塞和發動機本體，其運轉形式與柴油機相同，可靠性能夠達到同功率柴油機水平。由于排氣溫度低，有潛在的更高的可靠性。此外，HPDI發動機無需空燃比的控制，可避免爆震和失火。其熱負荷也低于火花塞點燃式燃氣發動機。

HPDI發動機保持了與原柴油機相同的功率和扭矩(WP12HPDI藍擎發動機的額定功率為480hp/2100rpm,最大扭矩為1970N·m/1200~1500rpm)，其動力性與柴油機完全相同，比火花塞點燃式燃氣發動機功率和扭矩提高20%，可以解決點燃式燃氣發動機高原功率不足的問題。

隨著中國節能環保及能源多樣化政策的進一步落實，高壓直噴天然氣發動機在中國將有著不可估量的市場前景。同時，濰柴動力也正在致力于推廣該項技術應用于更廣泛的天然氣發動機平臺上，從而推動我國天然氣發動機技術的跨越式發展。