比柴油動力有勁，天然氣卡車還有這樣的發動機技術？

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伴隨著油價快速回漲，大家又將目光重新鎖定在了更為節能的天然氣重卡上，2017年第一季度，天然氣重卡共銷售了9353輛，同比增長超過450%，這樣的成績讓很多卡車企業紛紛看好該市場今年的表現。然而，如今的天然氣重卡技術和兩年之前並沒有太大變化，天然氣發動機不如柴油機有勁兒的問題依然存在，這不禁讓小編產生了疑問：在油氣差價並不明顯的當下，而且是高效率、大馬力卡車馳騁的年代，天然氣重卡真的會受到用戶青睞么？

其實大家有所不知，天然氣重卡早已有技術能夠克服動力差這一劣勢，只是隨著天然氣重卡市場的下滑，該技術被主機廠雪藏了。這一技術就是缸內高壓直噴系統HPDI，它到底如何讓天然氣發動機的動力性媲美柴油機，來，我們一同來認識下它的作用。

傳統天然氣發動機動力性差

近年來能源危機凸顯，而天然氣擁有著清潔、儲量大、價格便宜等多方面優勢，天然氣發動機技術逐漸走進人們的視線。隨著天然氣市場不斷被開發，已經在天然氣發動機領域取得了相當豐碩的成果。例如，國內知名的濰柴、玉柴、錫柴等主機廠先後推出了天然氣發動機，不僅被廣泛應用在陝汽、一汽解放等天然氣卡車上，大批的公車上也換上了天然氣這一清潔能源。

別看天然氣發動機和柴油機在外觀上沒有太大的不同，但按工作原理來講，它更像是汽油機。眾所周知，柴油機點火是採用壓燃式，而天然氣機卻和與汽油機一樣採用點燃方式。這是因為原柴油機擁有著17:1的壓縮比，如此高的壓縮比對天然氣發動機來說非常不利，要知道天然氣的抗暴指標辛烷值為130 ，當壓縮比超過14時，燃燒極易產生爆燃，增加了發動機工作的不穩定性。所以，天然氣機將柴油機原缸蓋的噴油器孔改為了火花塞孔，與之增加的還有點火模塊、火花塞、正時系統的等組成的點火系統。

國內首台HPDI天然氣發動機

從其結構的變化上我們可以知道，天然氣發動機取消了柴油機上高壓噴射系統，而這正是很多駕駛過天然氣車輛的司機反映，和柴油機相比，天然氣發動機的加速性較差的根本原因所在。

天然氣發動機的燃料供給系統採用的是混合器式，即燃料吸入預混合室，均質預混合后再噴入缸內進行點燃，屬於「量調節」；柴油機採用高壓直噴技術，是通過控制燃油量的「質調節」。天然氣發動機噴射系統沒有較高的壓縮比，加之天然氣本身燃燒速度就慢，導致天然氣難以瞬間釋放能量。2種不同的噴射方式帶來的不僅是發動機動力上的差距，在經濟性方面也存在著一定不足(這裡指的不能充分燃燒)，因為混合式噴射的方式也讓一些燃料無法充分燃燒，導致燃料消耗較大。

HPDI讓天然氣機和柴油機一樣完美

缸內高壓直噴（HPDI）系統顧名思義，就是依靠高壓來迫使燃料進入已經充滿空氣的燃燒室，但是它取消了火花塞這一部件，其點火方式與柴油機的燃油噴系統一樣。

HPDI原理圖

可是沒有火花塞怎麼點火呢？它的工作原理是在發動機壓縮衝程完成時，活塞達到上止點前，將5%的柴油首先噴入氣缸內作為「液體火花塞」，柴油與缸內的高壓高溫空氣混合后迅速燃燒，然後迅速將另外95%的天然氣以30MPa的壓力噴入火焰中，此時噴入的天然氣以分層稀薄燃燒為主，氧含量充足，燃燒速度加快；同時，通過混合器「質調節」的方式能夠適應發動機負荷的變化，可以大大改善傳統天然氣發動機的在中低負荷時性能不良的情況。

HPDI技術有2大關鍵技術，其一便是它那獨特的高壓共軌噴嘴技術，可獨立噴射燃油和天然氣，如此一來，既取消掉了天然氣發動機的預混合室，也避免了天然氣高壓產生爆震的風險。另一關鍵技術便是缸內直噴發動機控制單元(ECU)，該系統可不是簡單的控制天然氣噴射量就足以了，要知道發動機在低負荷和高負荷下天然氣的噴射量也是不同的，而且氣體的噴射定時對天然氣發動機的燃燒速率和排放都有很大影響，縮短噴射時刻與點火時刻可以明顯縮短燃燒期。所以ECU不僅要準確判斷噴氣時刻，更要精準控制噴氣時長。

其實早在2012年，濰柴聯合西港已經推出了國內首台採用高壓直噴技術的天然氣發動機。當時為了檢驗實際運行中HPDI發動機的性能與燃油經濟性，該款發動機還特地在山東省進行實地測試。在相同載荷、相同實驗項目、相同路面、相同駕駛員的條件下，HPDI發動機與柴油機相比，動力相當，百公里成本下降了約25%-34%；與普通氣體機相比，成本節約了15%，並且動力性強勁，較高擋位爬坡也更加容易。

目前，該技術一直沒有廣泛應用在天然氣重卡上，主要是受制於成本因素，一輛天然氣重卡要比普通柴油車價格貴4~5萬元，如果加入HPDI技術，這個價格恐怕還要高出許多。

在今年兩會上，國家強調使用清潔能源車輛，這對天然氣重卡來說絕對是一利好因素。但強調歸強調，是小編希望國家在天然氣重卡支持力度方面能做到和新能源車一樣，大力推廣高端、節能的清潔能源產品。只有用戶在使用過程中充分感受到了天然氣重卡經濟實惠、可靠性高，且動力不比柴油車差，自然而然，會逐漸導向天然氣重卡市場。