近日，中国首台大功率缸内高压直喷压燃式天然气发动机（简称“HPDI发动机”）上市发布仪式在北京钓鱼台举行。这一技术创新成果，由中国首家研发和生产缸内直喷天然气发动机的合资公司——潍柴动力西港新能源发动机有限公司推出。该项目的开发成功，填补了国内天然气缸内直喷发动机在应用领域的空白。
第五代燃气发动机
我国目前拥有全球最大的装备制造业市场，同时装备制造业的高速发展对国民经济的发展也起到了重要的推进作用。但不可否认的是，在工程机械产品给人们带来财富的同时，也消耗了大量资源，并在一定程度上加重了日益严重的环境污染。另一方面，我国2011年内燃机行业产量7700万台，这些产品将消耗燃油约2.7亿吨，达到了我国燃油消耗总量的59.27%，而我国原油对外依赖度达到了60%，仅内燃机行业的燃油消耗就相当于我国进口原油的总量。面对严峻的环境压力，如何通过技术进步走出低碳环保的道路将是实现我国可持续发展的重要课题。
用更先进的技术推动绿色环保发动机的生产进程，是潍柴动力履行社会责任的实际行动。多年来，潍柴动力一直致力于生态技术，其技术研发水平一直走在中国内燃机行业前列。与此同时，潍柴动力还是我国新能源发动机科技攻关计划项目承担单位，以强大的生产、技术能力与多家国际知名公司在新能源气体发动机领域有着广泛合作。
2008年，潍柴动力股份有限公司联合加拿大西港创新公司、香港培新投资有限公司共同合资成立潍柴动力西港新能源发动机有限公司。合资公司拥有以高压直喷为核心的国际领先的天然气发动机技术，集研发、生产、销售于一体，致力于向中国及国际市场提供应用于重型卡车、城市公交、船用、发电及工程机械等领域的天然气发动机系列产品。
燃气发动机在经历了四代产品的发展之后，目前已经在公交、卡车、装载机以及船舶等各个领域得到了相对广泛的应用。合资公司结合潍柴动力卓越的蓝擎发动机平台，通过引进加拿大西港的高压直喷技术，经过潜心研发，终于成功使国际领先的高压直喷天然气发动机落户中国。本次发布的产品属于第五代燃气发动机产品，该产品使用天然气为主要燃料，同时保证了原柴油发动机的动力、扭矩和效率，给传统的火花塞点燃式天然气发动机带来了一次革命性的科技创新。该项目的开发成功，填补了国内天然气缸内直喷发动机在应用领域的空白，这将是中国天然气发动机发展史上的一个里程碑。
HPDI溯源
根据天然气喷射压力高低，缸内直喷天然气发动机可以分为低压喷射和高压喷射两种。低压喷射天然气发动机是在进气阀关闭后，将天然气喷入气缸，在着火之前形成均质的预混合气并采用电火花点火或喷入少量引燃油使混合气燃烧。由于天然气是在进气阀关闭后喷射，因而喷射压力比较低，通常在0.2~1.0MPa之间。采用缸内直喷后，提高了发动机的有效充气效率，因而发动机的最大功率提高了9%左右。但是，低压缸内直喷发动机的燃烧过程类似于火花点火天然气发动机，因而发动机的压缩比较低，限制热效率进一步提高。另外，由于仍然需要采用节气门通过节流作用调节发动机的充量，在中小负荷条件下节流损失大。
天然气高压缸内直喷技术是在压缩上止点前用高压方式喷入天然气，通过喷入的微量柴油引燃或电热塞助燃天然气，实现天然气的非均质混合气扩散燃烧。因而能够很好地解决低压缸内直喷和缸外供给天然气发动机存在动力性差、热效率不高及中小负荷性能不良等问题。采用天然气高压缸内直喷技术，发动机不需要节气门，因而不存在节气门节流损失及因天然气引起的容积效率损失。由于以天然气的燃烧为主，因而具有无可见烟度排放的特点；同时采用扩散燃烧方式，可具有与柴油机相当的CO和HC排放性能。
潍柴HPDI发动机所采用的技术基于PhilipHill博士在20世纪80年代早期的研究，利用高压共轨直喷燃料系统，在压缩上止点前用5%的柴油喷入气缸引燃，95%的天然气以300bar的压力喷入到火焰中成为主燃料燃烧做功，由此颗粒物质排放降低70%，CO2降低约20%，达到“国V”排放标准。而柴油机要达到“国V”排放则需要采用成本较高的SCR（SelectiveCatalystReduction选择性催化还原系统）。
环保与经济
对于HPDI发动机的特点，潍柴动力董事长谭旭光总结说：“HPDI发动机的特点是使用清洁环保的天然气，因而具有两个特性，一个是环保性好，一个是经济性好，可以给用户带来实惠和利润。”
使用HPDI发动机，经济效益显著。首先，天然气价格低于柴油价格；其次，无节流阀发动机负载控制，节省了燃料的消耗；高压直喷喷嘴根据共轨喷射发动机设计，能够进一步提升性能，降低燃料消耗、排放和噪音。因此，用户的燃料成本可大幅度降低。
就可靠性来说，HPDI发动机零部件与柴油机通用性高，无需改动活塞和发动机本体，其运转形式与柴油机相同，可靠性能够达到同功率柴油机水平。由于排气温度低，有潜在的更高的可靠性。此外，HPDI发动机无需空燃比的控制，可避免爆震和失火。其热负荷也低于火花塞点燃式燃气发动机。
HPDI发动机保持了与原柴油机相同的功率和扭矩（WP12HPDI蓝擎发动机的额定功率为480hp/2100rpm，最大扭矩为1970N.m/1200~1500rpm），其动力性与柴油机完全相同，比火花塞点燃式燃气发动机功率和扭矩提高20%，可以解决点燃式燃气发动机高原功率不足的问题。
随着中国节能环保及能源多样化政策的进一步落实，高压直喷天然气发动机在中国将有着不可估量的市场前景。同时，潍柴动力也正在致力于推广该项技术应用于更广泛的天然气发动机平台上，从而推动我国天然气发动机技术的跨越式发展。
