燃料噴射系統該換代了
- 發佈時間:2015-11-13 01:31:10 來源:科技日報 責任編輯:羅伯特
靠近餐飲區,有一個不大的展臺,藍色的背景板前,兩台記者不曾見過的儀器持續發出“噠噠”的聲響,陸續有人被吸引至此詢問,並時不時露出驚訝的表情。這是上周第十四屆中國國際內燃機及零部件展覽會上的一幕。
整個國家會議中心內,可以見到各類內燃機主機及零部件、再製造技術和産品、發電設備與分佈式能源、專用製造裝備以及相關技術和服務。《中國製造2025》的出臺以及“一帶一路”戰略的落實,促進了亞非歐國家和地區交通運輸、能源建設的推進,也為高品質內燃機産品提供了廣闊前景,而自主核心技術將是我國內燃機技術起跳的著力點。
這家不大的企業來自山東濰坊,目前名不見經傳,但很有可能改變我國燃氣發動機的産業格局,原因是他們手中握有自主研發的氣體發動機多點電控噴射系統以及該系統的核心,噴射閥。
現狀:國外佔領燃料噴射系統市場
發動機工業難度最高的核心技術是什麼?
在濰坊力創電子科技有限公司總工王秀強眼裏,是發動機的燃料噴射系統。
“遺憾的是,這個領域基本為國外所壟斷,國內企業基本上沒有任何市場地位。”王秀強告訴記者,在汽油機行業,主流燃料噴射技術為化油器階段時,我國尚存在相當數量的化油器生産企業,然而,隨著排放法規的升級、嚴格以後,電噴技術路線逐步成為行業的主流,我國的化油器生産企業由於創新滯後,很快被淘汰出局,汽油機燃料噴射從此成為外企的天下。
柴油機燃油噴射系統在國Ⅱ階段以前,民族品牌曾經得到了較快的發展。但國Ⅲ階段以後,以德國“博世”、美國“德爾福”、日本“電裝”為代表企業開發的高壓共軌技術逐步開始應用,到了國Ⅳ階段以後,高壓共軌技術路線已經成為行業首選甚至必選,傳統的噴油技術將很快被淘汰,國內的大部分油泵油嘴企業面臨很尷尬的境地,長久的安逸與滿足現狀,技術上已被國外發達國家遠遠地甩在了後邊,短時間很難望其項背,行業中出現了不開工高壓共軌産品“等死”,開工“早死”的悲哀局面。
天然氣等氣體燃料儲量豐富,價格低廉,且作為一種清潔能源,近幾年發展很快,以氣體燃料為動力的氣體發動機,得以迅速的發展,這為我們帶來了新的機遇,儘快開發先進的氣體發動機電控噴射系統,發展民族品牌,搶先市場先機,是國內行業的共同責任。
遺憾的是,在該技術領域,目前又被國外企業搶得先進,據了解,國內主流的天然氣發動機生産企業,採用的氣體燃料噴射系統,主要還是來自美國的伍德沃德、德國的海茵茨曼、博世等國外公司。
持續的創新滯後,為整個行業敲響了警鐘。值得慶倖的是,由於發展時間較短,國外主流氣體發動機噴射系統的技術方案,仍處於起步階段,預混技術路線先天的技術缺陷,為國內企業的創新並最終超越,提供了可能。
方向:新一代的多點電控噴射技術
“單點預混技術路線,將空氣與天然氣在進氣管道中預先按一定比例混合,然後在發動機進氣衝程時進入氣缸內燃燒做功,其技術特徵與汽油機的化油器模式類似,該路線技術落後,價格昂貴。發動機的動力性、經濟性、排放指標都相當不理想,且存在爆炸等安全隱患,國外公司雖然在該方面做了大量的工作,但由於技術路線的先天缺陷,一直為行業所詬病。
研發類似于汽油機多點電噴技術的氣體發動機電控多點噴射技術,大幅度提高氣體發動機的整體水準,是行業的共同期望。
力創團隊在本次展會,成功推出了凝聚其心血的氣體發動機新一代核心技術産品——電控多點噴射系統,其産品共展出了兩大系列:應用於車機的車用氣體發動機電控多點噴射系統和用於發電機組、船級等大型、超大型氣體發動機的電控多點噴射系統,並展出了兩套系統的核心部件:電磁氣體噴射閥和液控氣體噴射閥,其中電磁氣體噴射閥,可滿足單缸100kW以下的氣體發動機需求,液控氣體噴射閥,可滿足單缸1000kW以下的氣體發動機的需要,兩套系統,配套範圍包括了世界上所有的發動機。産品總共取得了6項發明專利,12項實用新型專利,一項國際專利也在申報過程中。
記者了解到,系統的組成部分大致有,電控單元(ECU)、噴射閥、感測器、線束、火花塞等。ECU就是發動機的“大腦”,對整個發動機進行控制。而感測器則是一套數據採集系統,隨時檢測發動機的狀態。根據進行運算,ECU給噴射閥發送指令噴氣,指揮火花塞點火。
在幫著記者解析技術原理的過程中,王秀強先講了個小故事:不久前,力創公司同上海交大和山東大學的行業知名專家交流時談到,公司已經成功開發出了氣體發動機電控
多點噴射系統,行業專家連説不可能,絕對不可能,國內外公司還沒有成功的先例,主要瓶頸是噴射閥,因為世界上還沒有發現哪家公司能生産出該産品,直到力創公司讓他們看到了産品併合作進行了測試,他們才信服並大加讚賞。
核心:突破限制的噴射閥
專家當時否定這個方案的原因是,“因為做不出這個噴射閥”。沒錯,噴射閥就是核心中的核心。
力創的多點順序氣門前噴射(缸內直噴)技術路線,可以使天然氣發動機的動力性能有很大的提升,並降低了氣耗量,同時降低了有害物質的排放,提高燃料經濟性。但天然氣噴射閥的設計非常具有挑戰性。
“噴射閥的響應特性與噴射量之間是相互矛盾的。”王秀強介紹説,追求較高的噴射響應特性時往往會限制噴射量,而追求較大噴射量時往往會犧牲閥的響應特性。力創科技的技術人員創新性的專利技術突破這些限制,完美解決了噴射速度和噴射量的平衡。
這個閥的原理,説起來比較簡單點,由於氣體燃料相比液體燃料,體積增加600多倍,為滿足發動機需求,要把閥門做得很大。可問題是,氣體也是有壓力的,較大的氣體壓力作用在閥門上,會産生較大的作用力,閥門的控制需要獨特的設計,此前這是一個國內外都沒解決的問題。“我們做了兩個閥片,壓力平衡掉了。”王秀強説出了“核心機密”,但他不擔心,這個原理別人知道了,也做不出來。
據介紹,目前國際上還沒有公司掌握這項技術。國內外也曾出現過同類天然氣噴射閥,但其僅能滿足小功率天然氣發動機實現多點順序噴射的需要——力創的電磁氣體噴射閥和電控液壓氣體噴射閥兩套專利體系使氣體噴射閥産品覆蓋100kW至數10000kW功率段的多點順序噴射的需求。不僅如此,力創科技的技術人員還解決了這種噴射閥的生産工藝問題,確保産品批量生産的性能與品質,並且目前已經完成了産業化生産測試準備工作。
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