船海工程SHIP&OCEANENGINEERINGDOI：10.3963/j.issn.1671-7953.2016.03.021船用双燃料发动机关键技术分析伟，甘少炜，（中国船级社武汉规范研究所，武汉430022）摘要:为促进船用双燃料发动机的技术进步，基于目前市场上的主要机型及其特点，对船用双燃料发动薄燃烧、动态特性优化和甲烷排放控制等关键技术问题进行分析,提出相应的解决途径关键词:船用双燃料发动机;天然气供给;稀薄燃烧;动态特性;甲烷排放当前，使用天然气作为船舶燃料已成为航运业的新热点。然而,我国内河仍普遍使用较为落后的总管进气式混燃发动机，没有充分发挥天然气作为清洁燃料的优势，同时，其热效率也较柴油机没有提高。与混燃发动机相比,双燃料发动机具有明显的减排优势，无需安装尾气排放后处理装置便可满足国际海事组织（IMO）硫氧化物排放控制E（SECA）和氮氧化物排放控制区（NECA）的要求，且热效率也能得到提升。为推动高性能船用双燃料发动机在我国的发展和应用,对双燃料发动机燃烧控制、动力性和排放性能优化等相关技术进行分析，对若干关键技术问题提出解决途径。1发展现状双燃料发动机是指既能单独使用液体燃料（燃油），又能单独使用气体燃料的发动机。在燃气模式下,它通常利用少量燃油（称为“引燃油”）的自行压燃来点燃气体燃料。目前，Wartsil角、MANDiesel&Turbo和Caterpillar.GE等国外知名制造商在双燃料发动机研发方面处于领先地位,均推出了各自的船用双燃料发动机产品;亚洲研发能力较强的厂商，如日本新泻、日本大发、三菱重工、现VoL4Jun.机的天然气供给中分类号:U664.1文献标志码:A文章编号：1671-7953(2016)03项)8645代重工等，也加人了船用双燃料发动机的研发行列；国内的淄柴、济柴、玉柴等也在竞相开发船用双燃料发动机,力图抢占这一新兴市场。目前市场上的船用双燃料发动机基本上实现了低速机、中速机和高速机的全范围覆盖。1.1低速机全球范围内低速双燃料发动机的研发进度相对缓慢，目前仅有Wartsila和MANDiesel&Turbo分别推出了RT-flex50DF和ME-GI等较成熟的二冲程低速双燃料发动机产品。Wartsila的RT-flex50DF二冲程低速机采用低压缸内直喷的进气方式，即在扫气行程中将压力低于1.6MPa的天然气直接喷入气缸内，在压缩行程终点附近由微量引燃油来点燃天然气，热力循环为。把循环。缸内实现预混合稀薄燃烧,使得燃气模式下NO,排放可达到IMOTierIII标准。它在全负荷范围内均可在燃气模式下稳定运行，无需在低负荷工况下转换至燃油模式。同时,通过优化气门正时避免天然气直接逃逸、采用预燃室技术促进完全燃烧、优化燃烧室形状避免形成死角等技术，使得其HC排放较类似四冲程双燃料发动机明显降低。MANDiesel&Turbo的ME-GI二冲程低速机采用缸内高压直喷进气方式，天然气在压缩行程终点附近以高达30MPa的压力直接喷入燃烧室内，采用Diesel循环，有3种运行模式:燃油运行模式（100%燃油）、最小燃油运行模式（5%引燃油+天然气）和定量燃气运行模式（引燃燃油+收稿日期:2015-09-30修回日期:2015-12-04第一作者简介:雷伟（1983—）,男，博士，高级工程师研究方向:船用柴油机及气体燃料发动机技术E-mail:wlei@ccs.org.cn86避免天然气直接逃逸，动力性、经济性及动态特性等均能维持与柴油机相当的水平。但比较显著的缺点在于,在各种运行模式下的NO,排放只能达到IMOTierII标准，需结合排气后处理技术（如SCR、EGR等）才能达到TierIII标准。继Wartsila和MANDiesel&Turbo之后，日本三菱重工正积极进入船用低速气体机领域，并于2012年对外宣称计划开发低速双燃料发动机UEC-LSGi。与ME-GI类似，将采用高压直喷进气方式。1.2中速机定量天然气）。由于采用高压直喷进气，可完中速机由于功率相对较小，船上气体燃料储存问题容易解决，且能广泛应用于沿海和内河船舶,其发展受到更多关注,因此研发进度明显领先于低速机。目前Wartsila^MANDiesel&Turbo和Caterpillar等主要制造商均推出了船用中速双燃料发动机。Wartsila在全球中速双燃料发动机领域处于领先地位，从1996年开始相继推出了50DFJ4DF和20DF三款中速双燃料发动机,最近又相继推出了46DF和31DF,在燃气模式下均可达到IM0TierIII排放标准。Wartsi...