双燃料技术发展史

双燃料系统的发展史

一、国外双燃料的发展

1 车用天然气双燃料发动机的研究

双燃料系统的开发最早是从车用发动机开始的，从上世纪八十年代开始美国能源转换公司(ECI)协助开发了一种新型的双燃料系统，并把两台高速柴油机改装成为双燃料发动机：一台是美国卡特皮勒公司的3208型柴油机，另一台日本五十铃公司的6BD I型柴油机。

1994年，GM公司开始研究二冲程和四冲程双燃料发动机，澳大利亚、日本、德国等也在进行天然气发动机的研制工作。

乌克兰科学院天然气研究所和基辅汽车公路研究所研制的BE3IA3548AFYl双燃料汽车，该车采用由M3240H1柴油机改装成的M3240HFJ-I双燃料发动机，天然气与柴油采用联动控制机构，试验表明天然气替代了45％的柴油。

另外美国CleanAirPartner公司与加拿大阿尔伯达州卡尔加里市代用燃料系统(AFS)公司联营，共同开发出多点喷射的双燃料控制系统，并应用在10.3L卡特彼勒3176B重型发动机上，在发动机压缩比不变的情况下，两种燃料均采用电子控制，燃用的天然气可达燃料总量的60％-90％，发动机根据需要能转换为100％燃用柴油。

目前，国外主要采用两种方式提高双燃料发动机的性能：

(1)高压天然气的缸内直喷技术；

(2)微引燃技术条件下的多点电喷射技术。

美国BKM公司研究了具有先进水平的“微引燃”双燃料系统，用接近1％的引燃柴油为天然气发动机提供所需要的点火能量。这一系统的核心是采用Servojet电控液压泵喷嘴控制点火油量、天然气多点电子控制顺序喷射装置以及专用的计算机软件，同时也采用了断缸、增压空气旁路、废气再循环及优化引燃油的喷射正时等措施。这大大降低了小负荷时的未燃HC排放也提高天然气替代柴油的百分率，从而在所有工况范围内使天然气在所消耗的燃料总量中超过了95％。

康明斯公司和Clean Air Power公司是在车用双燃料系统的研发与应用领域居于国际领先地位的代表性企业。

1)康明斯公司

装备康明斯—西港公司研制开发的ISX型15升大马力天然气发动机的重型卡车在美国加州投入使用，此举标志着康明斯成为全球首家将重型天然气发动机投入商业运营的制造商。

康明斯—西港公司研制的ISX—G型天然气发动机是在康明斯旗舰产品ISX全电控大马力柴油机的平台基础上，采用西港公司的高压直喷燃油系统，在发动机工作时预先喷入少量柴油，压燃之后再喷入天然气。采用该技术后优质柴油机的原有结构基本不变，发动机的动力性和燃油经济性不受任何影响，而尾气排放却大大降低。

在燃料储存上，采用液化天然气，与压缩天然气相比，提高了存储量，降低了燃料箱的体积，这对卡车来说很重要.

2)Clean Air Power公司

洁空气动力公司的核心技术是它的专利双燃料™系统，重型柴油发动机主要使用天然气作为燃料，柴油仅用来作为引燃燃料。改造后柴油发动机基本不变，并保留其高性能和高效率的四冲程柴油周期。天然气的替代率达到90%，客户受益于较低的燃料成本与低的碳排放。

清洁空气动力公司使用双燃料™技术在世界各地已经安装了超过1600辆的汽车，其中一些已超过6年多，大约完成100万公里行程，安全可靠。

2 船用双燃料系统

国际上船用双燃料系统具有代表性的企业当属芬兰瓦锡兰公司，该公司在船用双燃料系统改造方面经验丰富、技术先进，处于国际领先地位，并占领了世界船用双燃料系统市场绝大多数份额。

2010年1月15日，韩国三星重工为马士基建造6艘165500 m³双燃料电动LNG运输船中的最后一艘Maersk Meridian号，正式由马士基LNG公司接手。Maersk Meridian号动力为4台瓦锡兰双燃料发动机，配有废气节省器，可采用气体、重燃料油和柴油三种燃料，每天能节约大约5吨燃料。天然气处理系统采用蒸发气体(BOG)冷却器进行了改进升级，在推进装置燃用液化天然气航行时时，通过将液化天气的用量减少到最少，以减少作为冷却介质的运输的液化天然气货物损失。

瓦锡兰作为船舶行业领先的船舶动力系统集成商，已经将双燃料技术延伸到较低功率范围的新型环保、先进的瓦锡兰20DF发动机。瓦锡兰为船东和操作者提供一种紧凑型装置，在辅助设备应用中充分发挥了燃油灵活使用的优势，例如在发电装置或较小船舶的原动机应用。瓦锡兰新型20DF发动机证明了瓦锡兰成功使用燃气作为主燃料，应用于各种船舶中。这标志着燃气在液体燃料价格不确定的情况下，且环境要求不断变得严格时，是一种可行而有吸引力的选择。

随着瓦锡兰20DF发动机的开发，瓦锡兰拓展了双燃料技术应用于整个功率范围。根据可靠性验证，瓦锡兰20DF发动机在上世纪九十年代引进，燃料的灵活是指发动机可以在主机应用中优化定速发电装置和变速机械驱动。

瓦锡兰20DF发电装置装配于瓦锡兰34DF和50DF主推动设备旁边，构成了多燃料机房的概念。紧凑而轻便的瓦锡兰20DF发动机是适合当前使用瓦锡兰20发动机的那些船型。

瓦锡兰20DF发动机也作为一种理想的机械驱动原动机，应用于较小船型，如小型货船、渡船或拖船，也可广泛适用于各种船型，作为港口发电装置应用的最佳选择。

英国劳氏船级社（LR）最近在韩国大宇造船海洋工程公司首次完成了对瓦锡兰双燃料船舶推进系统的安全检验。该推进系统将用于20万立方米以上的新一代液化天然气（LNG）船。英国劳氏船级社检验的目的是确保该种双燃料推进系统能够安全地用于新一代LNG船。

考虑到当地环境的限制、燃油价格变动、方便燃料贮存，燃油的灵活使用令船东和操作者能选择最合适的燃油。瓦锡兰双燃料发动独特之处是能够应用天然气、船舶柴油、重燃油和生物燃料，因而燃油选择范围较大。

船舶应用中，燃油灵活使用也是一种重要的安全性特点。一旦燃气供应暂停，瓦锡兰双燃料发动机自动调整到柴油的使用，不会有任何速度或功率输出的损耗。单一的燃料使用装置不会有这种运行的安全性水准。

二、国内双燃料的发展

国内外双燃料发动机的开发研制工作，正不断向着纵深方向发展，，大多数双燃料发动机的引燃油量是在原来的机械式喷油泵控制的基础上，只增加一套供气系统，而不必对柴油机做很大的改动就可实现双燃料运行。