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[摘 要]汽车保有量的持续增加，加剧了日益严重的能源紧缺和环境污染状况。天然气燃料的低排放，低燃料费用和合理的燃料资源配置使得天然气汽车技术越来越受到重视，其中用柴油作引燃燃料的柴油、天然气（甲烷）双燃料发动机以其改装方便、经济性好、燃料选用灵活、热效率高以及排放性能好等优点在国内外日益受到关注。
[关键词]双燃料 排放 压缩比
中图分类号：TU 712.3 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）31-0246-01
一、概述
柴油、天然气双燃料发动机指具有两套燃料供给系统，一套供给天然气，另一套供给柴油，两套燃料供给系统按固定的配比向气缸供给燃料，在缸内混合燃烧的发动机。
二、 双燃料发动机受到关注的主要原因
近年来，由于世界能源紧缺和对环保要求的不断提高，人们十分重视发动机代用燃料的研究，由此双燃料汽车越来越受到消费者的喜爱，销售量也逐年增加，总的来说，其原因可归结为以下几点：
1、近年来，各种液态燃料价格显著提高，天然气的价格涨幅却较小。许多私家车车主开始考虑以“油改气”方式降低汽车的日常费用。
2、 即将生效的IMO法规要求从2015年起在排放控制区内（）使用含硫量最高0.1%（质量含量）的燃料，而天然气含硫量几乎为0的特性恰好满足要求。
3、 与传统柴油机相比，天然气发动机的的排放量显著降低。
4、 已经实际应用于LNG运输船的双燃料发动机可以高效地使用LNG储罐蒸发天然气（NBOG），鉴于可预见的LNG运输需求增长，双燃料发动机应用也将随着增加。
三、双燃料发动机的基本工作特点
1、 换气短路损失
现在使用的双燃料发动机都是在柴油机的基础上直接改装的，天然气/空气的混合气多数是在缸外混合后进入缸内，在扫气过程中不可避免导致部分天然气没有燃烧直接排出燃烧室，造成HC 和CO的增加。
2、 高压缩比
常规的柴油发动机为了得到较高的功率和好的冷启动性能，压缩比在13-19范围内。改装为双燃料发动机时，发动机的压缩比一般不必改变，这是因为双燃料发动机的混合气是靠柴油点燃的。
3、小负荷工作
小负荷工作特性是双燃料发动机的一个重要特性。这主要是因为其在小负荷时混合浓度过稀，燃烧过程进行缓慢，不完全，降低了发动机的动力性和经济性。同时发动机的排放也增加。改善双燃料发动机的小负荷性能，就要防止小负荷时混合浓度过稀，增加天然气的着火能力。
四、双燃料发动机发展的难点
双燃料发动机虽然取得了较大的发展，但在大范围推广之前还有很多技术难题有待进一步解决和改善。
1、 储存和运输难。
LNG的密度和低热值都只有柴油的60%左右，LNG必须保存在-163C的境下，这就需要合适的隔热储罐和冷却设备，因此导致LNG的存储空间比MDO或HFO大3至4倍。
2、 压缩比导致燃烧效率降低。
柴油机最佳压缩比15至17之间，由于奥拓循环过程中爆震燃烧的特性，对于天然气发动机压缩比应在12至13之间。这就使得双燃料发动机压缩比必须满足天然气运行模式，燃烧室几何模型应满足柴油喷射和燃烧特性。因此需要两种运行模式折中考虑，与纯柴油机或纯天然气相比，这将导致无法获得最佳效率。
3、 甲烷为主的排放物增加。
天然气发动机通常会产生以甲烷为主的未燃烧碳氢排放物，原因主要有：
1）由于气门叠开，从进气管直接进入排气管的充量损失；
2）气隙（如活塞顶部的环岸区域）；
3）燃烧室壁附近的火焰冷激效应。
由于甲烷能引起比CO2高20倍的温室效应，必须将甲烷排放降至最低。为减少甲烷的泄露，具体的措施主要有：
1） 优化天然气供气和气门正时；
2） 减少环岸容积；
3） 增强湍流，提高近壁区域的温度。
尽管上述方法听起来简单，但实际需要投入大量的精力进行设计、模拟和测试，以找到最适宜可靠的解决方案。
五、双燃料发动机的展望
根据目前双燃料发动机的发展情况，结合相关科学领域的研究成果和趋势，可推论双燃料发动机的发展趋势如下：
1、 将在以下领域逐步推广
内河船舶和近海船舶；大型货轮的辅助发动机长途机车；大型货轮主推进发动机；私家车用的双燃料发动机也将大幅增加。
2、缸内多点喷射技术将成为主流技术。
由于预混合式供气存在换气短路损失，小负荷工作时进入气缸的混合气浓度较低，影响发动机工作和动力性和经济性，采用缸内多点喷射技术则将天然气和柴油高压喷入燃烧室，获得更好的经济效益和低排放。
3、压缩比将进一步提高。
压缩比对发动机的动力性和经济性来说至关重要。 将柴油机改为双燃料发动机后，由于功率和扭矩均有所下降，使得动力性变差，而提高压缩比可用来提高双燃料发动机的动力性，故进一步提高压缩比也是柴油、天然气双燃料发动机的一个发展趋势。
另外，新型催化剂和催化技术、进气增压技术、新材料技术、高能量点火技术、车用天然气加工技术、专用润滑油技术等也将促进柴油、天然气双燃料发动机技术的发展。
双燃料发动机成熟性的发展，实现高效低耗的目的，应重视相应的关键技术及其应用基础研究，并以此为基础，注重先进技术的推广使用，探索实现高起点和高技术含量开发与发展的途径。
参考文献
[1]崔怡.双燃料发动机技术浅析.现代车用动力.2007（5）
[2]曲铁涛.环保设计在内燃机上的应用[J].科技应用.2011（13）
[3]唐开元，欧阳光耀.高等内燃机学.国防工业出版社，2008.8
[4]邹祖华，任树芬，申金升等.国外代用燃料汽车发展概览[M].北京：中国铁道出版社，1999.
[关键词]双燃料 排放 压缩比
中图分类号：TU 712.3 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）31-0246-01
一、概述
柴油、天然气双燃料发动机指具有两套燃料供给系统，一套供给天然气，另一套供给柴油，两套燃料供给系统按固定的配比向气缸供给燃料，在缸内混合燃烧的发动机。
二、 双燃料发动机受到关注的主要原因
近年来，由于世界能源紧缺和对环保要求的不断提高，人们十分重视发动机代用燃料的研究，由此双燃料汽车越来越受到消费者的喜爱，销售量也逐年增加，总的来说，其原因可归结为以下几点：
1、近年来，各种液态燃料价格显著提高，天然气的价格涨幅却较小。许多私家车车主开始考虑以“油改气”方式降低汽车的日常费用。
2、 即将生效的IMO法规要求从2015年起在排放控制区内（）使用含硫量最高0.1%（质量含量）的燃料，而天然气含硫量几乎为0的特性恰好满足要求。
3、 与传统柴油机相比，天然气发动机的的排放量显著降低。
4、 已经实际应用于LNG运输船的双燃料发动机可以高效地使用LNG储罐蒸发天然气（NBOG），鉴于可预见的LNG运输需求增长，双燃料发动机应用也将随着增加。
三、双燃料发动机的基本工作特点
1、 换气短路损失
现在使用的双燃料发动机都是在柴油机的基础上直接改装的，天然气/空气的混合气多数是在缸外混合后进入缸内，在扫气过程中不可避免导致部分天然气没有燃烧直接排出燃烧室，造成HC 和CO的增加。
2、 高压缩比
常规的柴油发动机为了得到较高的功率和好的冷启动性能，压缩比在13-19范围内。改装为双燃料发动机时，发动机的压缩比一般不必改变，这是因为双燃料发动机的混合气是靠柴油点燃的。
3、小负荷工作
小负荷工作特性是双燃料发动机的一个重要特性。这主要是因为其在小负荷时混合浓度过稀，燃烧过程进行缓慢，不完全，降低了发动机的动力性和经济性。同时发动机的排放也增加。改善双燃料发动机的小负荷性能，就要防止小负荷时混合浓度过稀，增加天然气的着火能力。
四、双燃料发动机发展的难点
双燃料发动机虽然取得了较大的发展，但在大范围推广之前还有很多技术难题有待进一步解决和改善。
1、 储存和运输难。
LNG的密度和低热值都只有柴油的60%左右，LNG必须保存在-163C的境下，这就需要合适的隔热储罐和冷却设备，因此导致LNG的存储空间比MDO或HFO大3至4倍。
2、 压缩比导致燃烧效率降低。
柴油机最佳压缩比15至17之间，由于奥拓循环过程中爆震燃烧的特性，对于天然气发动机压缩比应在12至13之间。这就使得双燃料发动机压缩比必须满足天然气运行模式，燃烧室几何模型应满足柴油喷射和燃烧特性。因此需要两种运行模式折中考虑，与纯柴油机或纯天然气相比，这将导致无法获得最佳效率。
3、 甲烷为主的排放物增加。
天然气发动机通常会产生以甲烷为主的未燃烧碳氢排放物，原因主要有：
1）由于气门叠开，从进气管直接进入排气管的充量损失；
2）气隙（如活塞顶部的环岸区域）；
3）燃烧室壁附近的火焰冷激效应。
由于甲烷能引起比CO2高20倍的温室效应，必须将甲烷排放降至最低。为减少甲烷的泄露，具体的措施主要有：
1） 优化天然气供气和气门正时；
2） 减少环岸容积；
3） 增强湍流，提高近壁区域的温度。
尽管上述方法听起来简单，但实际需要投入大量的精力进行设计、模拟和测试，以找到最适宜可靠的解决方案。
五、双燃料发动机的展望
根据目前双燃料发动机的发展情况，结合相关科学领域的研究成果和趋势，可推论双燃料发动机的发展趋势如下：
1、 将在以下领域逐步推广
内河船舶和近海船舶；大型货轮的辅助发动机长途机车；大型货轮主推进发动机；私家车用的双燃料发动机也将大幅增加。
2、缸内多点喷射技术将成为主流技术。
由于预混合式供气存在换气短路损失，小负荷工作时进入气缸的混合气浓度较低，影响发动机工作和动力性和经济性，采用缸内多点喷射技术则将天然气和柴油高压喷入燃烧室，获得更好的经济效益和低排放。
3、压缩比将进一步提高。
压缩比对发动机的动力性和经济性来说至关重要。 将柴油机改为双燃料发动机后，由于功率和扭矩均有所下降，使得动力性变差，而提高压缩比可用来提高双燃料发动机的动力性，故进一步提高压缩比也是柴油、天然气双燃料发动机的一个发展趋势。
另外，新型催化剂和催化技术、进气增压技术、新材料技术、高能量点火技术、车用天然气加工技术、专用润滑油技术等也将促进柴油、天然气双燃料发动机技术的发展。
双燃料发动机成熟性的发展，实现高效低耗的目的，应重视相应的关键技术及其应用基础研究，并以此为基础，注重先进技术的推广使用，探索实现高起点和高技术含量开发与发展的途径。
参考文献
[1]崔怡.双燃料发动机技术浅析.现代车用动力.2007（5）
[2]曲铁涛.环保设计在内燃机上的应用[J].科技应用.2011（13）
[3]唐开元，欧阳光耀.高等内燃机学.国防工业出版社，2008.8
[4]邹祖华，任树芬，申金升等.国外代用燃料汽车发展概览[M].北京：中国铁道出版社，1999.