燃气发动机的发展现状和未来战略

• 作者: Shinsuke Murakami 钟恩洋
• 来源期刊: 国外铁道机车与动车
• 关键词: 燃气发动机 AVL公司 关键技术 发展现状 未来战略
• 年，卷（期）: 2015,（2）
• 所属期刊栏目: 综述·述评
• 页码范围: 6-18
• 页数: 13页
• 语种: 中文

摘要

文章描述了大型高速(额定转速为1200～1800 r/min)、中速(额定转速达1000 r/min)燃气发动机的发展现状及中、短期的发展战略.最近几十年来,用于发电和气体压缩机等固定用途的天然气发动机的数量显著增长.对CO2减排的持续关注以及未来更加严格的NOx排放标准使得燃气发动机在船舶和机车领域同样具有吸引力.为促进燃气发动机的长期发展,需要对功率密度和热效率进一步改进.目前,燃气发动机的平均有效压力(BMEP)已达到具有竞争力的水平,其热效率水平甚至比柴油机更高.燃气发动机能够取得上述改进效果得益于稀薄燃烧原理、米勒气门正时、燃烧系统的逐步开发(如燃烧室几何形状的优化)、压缩比提高等.燃气发动机的性能发展一直面临解决爆震燃烧的难题.为进一步提高平均有效压力和/或热效率,抗爆震性能仍有待改善.米勒循环以及增压空气冷却能够通过降低燃烧温度来抑制爆震的发生.然而这样则需要进气管内有更高的压力.由于单级涡轮增压器的压气机压比受到限制,因此需要应用两级增压以获得较目前更强的米勒定时.另一个重要的方面是发动机耐受峰值燃烧压力的能力.目前,市场上许多燃气发动机的平均有效压力已由10～12 bar提高到20～22 bar,因此它们或许已经接近其峰值燃烧压力的极限.要进一步提高平均有效压力,需要进行大量的设计改进,甚至开发全新的发动机.文章基于AVL公司专有的单缸发动机及仿真方法等燃气发动机的开发经验,阐述了燃气发动机的关键技术和发展现状,分析了其局限性、发展潜力以及对未来燃气发动机的要求.使燃气发动机能够进一步发展的最关键技术是,采用更强的米勒定时并结合两级涡轮增压,同时将峰值燃烧压力提高到250 bar以上.