氣體發(fā)動機：節(jié)能減排，為環(huán)保而生

　　好萊塢年度科幻災難大片《2012》日前在全球上映，影片講述了全球生態(tài)環(huán)境日漸惡化最終迎來了世界末日的到來。環(huán)境惡化是21世紀人類面臨的最主要問題。傳統(tǒng)能源對于環(huán)境的破壞，傳統(tǒng)能源的日漸短缺，將直接影響人類社會的持續(xù)發(fā)展，威脅著人類的健康和生存環(huán)境。于是尋找和發(fā)展新能源、替代能源對整個人類社會有著極其重要的意義。

　　作為能耗大戶，汽車行業(yè)的節(jié)能減排一直是各國政府高度關注的焦點問題之一。當前全球資源充足、利用技術成熟的汽車替代能源當屬氣體燃料。但是氣體燃料在汽車上的利用，有時也會因為技術的缺陷而引發(fā)污染環(huán)境的問題。2009年10月，中國廣州市人大代表對廣州市LPG公交車的環(huán)保性提出了質(zhì)疑，并由此引發(fā)了一系列的論證與反論證。在這一事件中有一件引發(fā)爭議的核心零部件與節(jié)能減排有著密切和直接的聯(lián)系，便是氣體燃料向動力能量的轉(zhuǎn)化地——氣體發(fā)動機。

　　氣體發(fā)動機環(huán)保優(yōu)勢明顯

　　當前使用單氣體燃料作為能力源的發(fā)動機，主要有LNG(液化天然氣)發(fā)動機、CNG(壓縮天然氣)發(fā)動機和LPG(液化石油氣)發(fā)動機三種。氣體發(fā)動機與同排量的柴油機相比，動力性相當，環(huán)保優(yōu)勢明顯，更容易達到國IV、國V排放。且當前生產(chǎn)技術趨于成熟，生產(chǎn)工藝設備與柴油機可通用。在油氣價差保持的前提下，燃料經(jīng)濟性顯著。不過氣體發(fā)動機也有一定的缺陷，比如續(xù)駛里程短、燃料加注時間長、加氣站的建設投資太大等。

　　既然環(huán)保優(yōu)勢明顯，為何廣州市會出現(xiàn)LPG公交車污染事件的爭議呢?其實2009年10月事件發(fā)生時很多專家已經(jīng)給出了解答，稱問題在于引發(fā)爭議的“不對等測試”沒有可比性，就好像“快報廢的名車肯定比不過新出廠的低檔車”，而對比香港LPG巴士的良好運營情況可以發(fā)現(xiàn)，原裝LPG公交車和改裝LPG公交車的排放量差別明顯，這或許才是廣州LPG公交污染事件的真正原因。

　　而目前我國公交行業(yè)應用氣體燃料清潔動力已取得顯著成效，北京、上海、廣東、四川、重慶、海南、甘肅等許多城市公交公司在發(fā)展環(huán)保節(jié)能型氣體城市客車上已經(jīng)邁出了堅實的基礎。隨著我國“西氣東輸”管網(wǎng)的建成與投入使用，國外氣源供應日漸穩(wěn)定增大，氣體燃料客車也迎來了發(fā)展高峰期。近年來國內(nèi)各大盛事的舉辦，都離不開氣體燃料清潔能源客車的身影，從2008年奧運會，到2010年廣州亞運和上海世博，都已經(jīng)或者即將出現(xiàn)氣體清潔能源燃料大客車的參與。

　　國內(nèi)外主流的發(fā)動機廠家正是看到這一形勢，紛紛推出環(huán)保節(jié)能技術的客車氣體發(fā)動機，如玉柴近年研發(fā)上市的YC6M、YC6L、YC6G和YC4F等九大系列環(huán)保發(fā)動機、上柴2009年主推的天然氣發(fā)動機，國際知名的發(fā)動機廠商如康明斯、依維柯和戴姆勒-克萊斯勒等也在不遺余力地大力研發(fā)和推廣氣體發(fā)動機等?？梢哉f，配載氣體發(fā)動機的大客車已經(jīng)成為各大城市必不可少的一份子，并越來越有成為城市公交客車主流的趨勢。

　　氣體發(fā)動機發(fā)展現(xiàn)狀

　　我國20世紀50年代開始發(fā)展低壓天然氣汽車，80年代中后期改革開放之后，氣體燃料汽車開發(fā)應用的步伐加快。國內(nèi)大型發(fā)動機廠和汽車廠如玉柴、上柴、濰柴、東風和解放等廠家相繼推出了各自的氣體發(fā)動機產(chǎn)品在市場上推廣應用。1988年我國從澳大利亞、新西蘭、加拿大等國引進CNG加氣站的全套設施、改裝汽車部件及高壓氣瓶，分別建站于南充、大慶等地，開啟了CNG汽車發(fā)展的新時代。

　　相對于LNG發(fā)動機，CNG發(fā)動機和LPG發(fā)動機的技術成熟程度、經(jīng)濟成本等都更現(xiàn)實，目前CNG發(fā)動機已經(jīng)廣泛應用其第三代電控噴射CNG的技術，采用高壓噴射，通過節(jié)氣門傳感器，氣體流量傳感器，轉(zhuǎn)速傳感器，水溫傳感器，進氣溫度傳感器，壓力傳感器和氧傳感器等經(jīng)過中央處理單元來控制點火、空燃比等。更先進的LNG缸內(nèi)直噴技術目前已得到小批試用，動力性、經(jīng)濟性和排放俱佳，但開發(fā)難度較大，費用昂貴，成本也高，國內(nèi)尚未開始研制。

　　與傳統(tǒng)柴油機相比，氣體發(fā)動機取消了原柴油機的燃油噴射系統(tǒng)相關的零部件，增加了蒸發(fā)調(diào)壓器(LPG發(fā)動機)、減壓器(CNG發(fā)動機)等供給氣體燃料的相關零部件。傳統(tǒng)柴油機是壓燃式發(fā)動機，而氣體發(fā)動機由于受燃料特性限制(抗爆振性能)，采用的是與汽油機一樣的點燃方式。在取消了噴油器后，將原缸蓋上的噴油器孔改為了火花塞孔。在取消了油泵后，在原油泵安裝位置裝上了一個點火傳動裝置，通過點火正時傳感器獲得發(fā)動機的點火正時信號。增加了以點火模塊、點火線圈及火花塞等零件組成的點火系統(tǒng)。

　　氣體發(fā)動機的控制系統(tǒng)多采用電控，與機械式柴油機相比，各工況點的空燃比、點火提前角、增壓壓力都實現(xiàn)了更精確更科學的控制。為滿足這些控制要求，增加了相應的MAP、MAT、ECT、點火正時以及氧濃度等傳感器。

　　由于我國能源戰(zhàn)略結構的調(diào)整，未來將有更多的氣體燃料資源通過進口為國內(nèi)使用。目前在國內(nèi)正在實施LNG加氣系統(tǒng)的城市有北京、烏魯木齊、長沙等，約有近百輛LNG單一燃料公交示范車輛正在運營。CNG車則已在四川、重慶、北京、西安、內(nèi)蒙、等地推廣。LPG環(huán)保節(jié)能型氣體城市客車也在北京、上海、廣東、四川、重慶、海南、甘肅等許多城市的公交系統(tǒng)已經(jīng)試行。在國外，LPG被用作輕型車輛燃料已有許多年。

　　氣體發(fā)動機發(fā)展前景

　　氣體發(fā)動機的電控系統(tǒng)和傳統(tǒng)柴油機電控系統(tǒng)有所不同，其增壓、后處理均有特殊要求，且將先進的電子控制燃料噴射技術應用于氣體發(fā)動機，以便根據(jù)發(fā)動機的溫度、負荷、轉(zhuǎn)速等關鍵參數(shù)對氣體燃料的供給、混合氣濃度、點火正時等進行精確控制，以提高發(fā)動機的功率和降低排氣污染?？杖急瓤刂圃陔娮涌刂迫剂蠂娚浒l(fā)動機的應用效果非常好，它通過監(jiān)控發(fā)動機排放狀態(tài)實時調(diào)節(jié)空燃比，并通過高能、精確點火等自動協(xié)調(diào)優(yōu)化方式實現(xiàn)最佳的經(jīng)濟性和排放性。而從成本來看，氣體發(fā)動機電控系統(tǒng)成本竟還稍低于柴油機電控系統(tǒng)。因此深入開發(fā)電控系統(tǒng)的潛力十分巨大，未來必將有更好的發(fā)展。

　　由于歐IV排放法規(guī)，不僅要求限制天然氣發(fā)動機非甲烷碳氫(NMHC)的排放，而且還要求控制總碳氫排放(THC)。但先進的氧化型后處理技術如何成功地運用于氣體發(fā)動機也是關鍵的技術之一，具有很大研究價值。廣州市LPG公交車污染一事有關專家也指出與其尾氣后處理系統(tǒng)有關。

　　當前國內(nèi)氣體燃料客車的基礎設施和相關零部件產(chǎn)業(yè)尚不完善，用戶對氣體發(fā)動機電控技術也還感覺到神秘，并對國產(chǎn)電控氣體發(fā)動機持懷疑的態(tài)度。以北京、上海為代表的發(fā)達城市，主要還是采用進口的氣體發(fā)動機。近年來，國產(chǎn)氣體發(fā)動機不僅在配套的功率范圍上實現(xiàn)了拓寬，而且在配套領域也有突破，運行過程中的故障報修率也大大降低。以上柴、玉柴、濰柴等為代表的國內(nèi)發(fā)動機廠不斷研制出新技術和新機型，代表了中國內(nèi)燃機行業(yè)的技術實力，也代表了中國未來動力的發(fā)展方向。

　　此外，氣體燃料大客車的發(fā)展對于降低排氣污染、節(jié)約石油資源有著重要的意義，我國較為豐富的天然氣和液化石油氣資源也為氣體燃料大客車的推廣應用提供了有力的能源保障，且氣體燃料的使用成本相對于日漸上揚的油價明顯具有競爭力，應該為更多客車用戶所接受。氣體發(fā)動機是21世紀的一種新型、綠色動力，未來城市必將由于它的出現(xiàn)而面貌煥然。高效率、低污染的氣體發(fā)動機的開發(fā)與生產(chǎn)，將是中國乃至世界的客車行業(yè)未來共同努力的方向。