取代柴油的油氣混動？HPDI是什么鬼？

今年上半年，僅1月-5月全國燃氣車的銷量就已經達到了7.02萬輛，創下近五年來歷年同期最高紀錄，而到今年六月，天然氣牽引車銷售更是達到了12382輛，首超柴油車。而在這背后，是油價持續上漲的背景下，車隊、個人通過降低運營成本來保障自己收入的事實。按這樣的勢頭，燃氣車輛很可能持續走高，而燃氣發動機技術也逐漸愈發受人關注。

文｜袁圣

圖｜卡車之家

油價上漲 燃氣車爆火

截至8月中旬，今年的油價已迎來了7次上漲，在此情況下相對價格較低的天然氣受到了更多卡友青睞。而無論是在卡友的交談中還是在媒體的報道中“同樣的發動機，天然氣（LNG/CNG）沒有柴油動力強”的說法也是普遍存在的。

甚至在有些媒體的報道中，直接寫到了：“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?！倍@句話，也從某些角度上來解釋了為什么天然氣發動機動力沒有柴油強的原因。

拋開燃料本身的熱值原因不說，影響燃氣機動力的首要原因就是壓縮比，在參考網發布的一篇來源于《內燃機與配件》雜志的一篇技術文獻《高壓直噴天然氣發動機技術簡介》中顯示，柴油機的壓縮比能夠達到17左右。也就是說，柴油機缸內活塞下行運動到盡頭與上行運動到盡頭的兩種情況下，其容積相差了17倍。而天然氣發動機的壓縮比，則一般只能做到12以下。

根據百度百科記載：“當密閉容器中的氣體受到壓縮時，壓力是隨著溫度的升高而升高。若發動機的壓縮比較高，壓縮時所產生的汽缸壓力與溫度相對地提高，混合氣中的汽油分子和空氣結合的更加充分，油氣顆粒能更加細密。又因為渦流、紊流和高壓縮比所導致的良好密封效果，使得在下一刻運動中，火花塞在點火的一瞬間便能使混合氣完成燃燒，釋放出最大的爆發能量，成為發動機的動力輸出?！?/p>

雖然百度百科是用汽油機舉例的，但柴油機和燃氣機也類似，高壓縮比帶來的高溫、高壓和更充分的混合，能讓燃料在更短的時間內更充分的燃燒，減少熱量通過發動機外殼傳遞出去造成的損失，所以理論上壓縮比越高的發動機，動力也就越強。燃氣機的壓縮比更低，其動力自然也就沒有柴油機好了。

與此同時，前面咱們同樣提到了，有媒體報道稱：“天然氣本身燃燒速度就慢”，這也是一個很關鍵的因素。在馬自達的“汽油壓燃（SPCCI）”技術中有過一個解釋，為什么汽油也要用壓燃？因為傳統汽油在點燃后，如果你將整個燃燒過程慢放，你將會看到一個火化逐漸蔓延的過程，這個過程有點像你在一杯清水中滴入一滴墨水，墨水逐漸擴散的過程。

而壓燃，則是所有的油氣混合物一起同時燃燒。這二者的區別有點像是拔河比賽大家輪流用力和一起用力的區別。了解完這些，咱們就有了相關的基礎知識儲備，這時候咱們再來聊HPDI就比較容易了解了。

HPDI是什么鬼？

其實HPDI技術并不是什么新鮮產物，早在2019年11月11日，我們就曾聊到過裝載SPDI發動機的陜汽德龍X3000車型。而在最近的374批次工信部公告中，我們看到了全新的濰柴HPDI發動機被搭載到了汕德卡車型上，這款發動機符合國六二階段排放標準。而這兩款車的核心，都在于來自濰柴的HPDI雙燃料發動機。

根據卡車之家百科記載：“HPDI發動機保持了與原柴油機相同的功率和扭矩（WP12HPDI藍擎發動機的額定功率為480hp/2100rpm,最大扭矩為1970N.m/1200-1500rpm），其動力性與柴油機完全相同，比火花塞點燃式燃氣發動機功率和扭矩提高20%?！?/p>

而它的工作模式也很好理解，基本上就是在壓縮上止點前用5%的柴油噴入氣缸引燃，95%的天然氣以300bar的壓力噴入到火焰中成為主燃料燃燒做功。而它在保障動力的同時，還能做到顆粒物質排放降低70%，CO2降低約20%，可以說還是比較強悍的了。

從上面的圖中我們不難發現，在這款發動機的工作原理中，柴油似乎扮演的是一個“液體火花塞”的角色。而在這里面，因為柴油是相較于燃氣更早預先噴射進去的，所以當天然氣加壓噴到缸內的時候，其實柴油理論上已經開始燃燒了。這時候，壓縮比的問題就得到了一個比較好的解決，使燃氣也能用上一個高壓縮比來保障動力了。

與此同時，高壓噴射進入缸內的天然氣，能夠被缸內正在燃燒的柴油快速引燃，進一步強化燃燒速度，使力量能夠在短時間內盡可能的集中爆發出來，這也成為了其動力的保障。進一步來看，在保障動力的同時，享受天然氣帶來的低成本也就不是什么難事了。

當然，這種雙燃料發動機也并不是完美的，它相較于傳統點燃的燃氣車，要增加油箱、油壓散熱器（燃氣加壓部分使用）、尿素罐等等。

●  編后語：

單從技術角度來看，這種動力形式讓我想起了之前咱們聊過的氨柴、氫柴發動機，其一樣是將柴油當做了引燃物，而這或許也將會在用車成本更高、環保要求更嚴格的時候為我們帶來一種新的選擇。那么你對這種發動機有何看法呢？歡迎在下方留言討論。