稀燃天然气掺氢发动机的热效率与排放特性

为了分析在天然气中掺入不同体积比的氢气对发动机经济性和排放性的影响,在一台6缸火花点火天然气发动机上开展了体积掺氢比在不同工况下对热效率和排放特性影响的试验研究。结果显示掺氢可以拓宽发动机的稀燃极限,提高燃烧速度,使得最佳转矩点火提前角(MBT)相对推迟;在点火提前角不变的情况下掺氢对热效率没有明显优势,而且会使NOx排放升高。而在MBT时,掺氢可以一定程度上提高发动机的指示热效率,降低未燃CH4和CO的排放,改善NOx与未燃碳氢(主要为CH4)的trade-off关系。掺氢的优势还体现在可以让发动机高效的工作在更稀的情况下,从而有利于降低NOx的排放和传热损失。

增压稀燃天然气掺氢发动机排放特性

为了研究20％掺氢比的增压稀燃天然气掺氢（HCNG）发动机的排放特性，通过对发动机进行了空燃比和点火提前角调整试验、ETC循环测试试验和加装氧化型催化器试验，获得了20％HCNG发动机的排放规律。CH4排放随着空燃比的增大先减少后增加；CO排放在高于理论空燃比后骤减；NOx排放随着空燃比的增大先增加后减少，在空燃比19～21左右达到最大值，1600～1800r／min时最低。CO、NOx随着点火提前角的增大而增加；CH4随着点火提前角的增大略有增加，并且点火提前角越大，对CH4排放的影响越小。加装催化器后，CO、CH4的转化效率均〉90％。试验结果表明：增压稀燃和氧化型催化器相结合是天然气掺氢发动机节能减排的有效方案。

天然气发动机掺氢20%时瞬态排放性能研究

对天然气发动机掺氢20%(体积比)的瞬态性能进行了研究。主要研究包括不同催化器ETC循环排放的对比、不同加速加浓因子的排放对比以及20%天然气掺氢发动机(HCNG)与纯天然气发动机的排放对比。试验结果表明:三种催化器都能使天然气掺氢发动机排放达到环境友好型汽车标准。随着加速加浓因子的增大,发动机扭矩跟随性越好,但会造成各种排放同时上升,特别是NOx上升幅度很大。三种氧化型催化转化器转化效率大小排序为:ECOCATⅡ型>国产催化器>ECOCATⅠ型。对于这三种催化器来说,随着催化效率的提高,排气阻力加大,发动机动力性下降,燃料消耗率上升。掺入20%氢气后,在不带催化器的情况下,NOx、CO、NMHC、CH4排放和燃料消耗率相对于原天然气发动机分别下降51%、36%6、0%4、7%和7%。

车用发动机燃用天然气掺氢燃料的性能计算分析与研究

为了研究天然气掺氢发动机的燃烧特性,从模拟试验的角度运用大型发动机软件建立了6缸火花点火天然气掺氢发动机的虚拟样机,并经过试验验证该模型基本准确。通过仿真计算得出,天然气发动机在掺入氢气之后,提高了燃烧速度,明显拓宽了发动机的稀燃极限。在掺入氢气30%(体积百分比)时,发动机的综合性能指标较好;提高压缩比,指示热效率得到提高。

点燃式HCNG发动机一维数值模拟研究

利用AVL BOOST软件建立天然气掺氢(HCNG)发动机的整机工作过程一维模拟模型,通过与试验结果对比,证明了模型的适用性和准确性。并对HCNG发动机进行了一系列的变参数分析研究,主要变化参数包括体积掺氢比、负荷、压缩比及配气相位。模拟计算结果表明:提高掺氢比和负荷可提高缸内燃烧温度,使传热损失和NOx排放增加;提高压缩比有利发动机的动力性和经济性;进气迟闭角和排气提前角相位对发动机的动力性和经济性有较大影响。

20%HCNG发动机试验研究与平均值建模

进行了20%天然气掺氢(HCNG)发动机试验,根据空气和燃气的混合气流量、进气歧管压力、转速、节气门开度等参数间的拟合关系,提出了预测混合气流量和进气歧管压力的经验公式,并得出在相同发动机转速条件下,进气歧管压力与有效效率之积(p_(man)η_e)和进气歧管压力与转速之积(p_(man)n)呈近似线性关系。建立了20%HCNG发动机平均值模型,分别进行了稳态工况和瞬态工况仿真验证,仿真数据与试验数据吻合较好。

过量空气系数对HCNG发动机燃烧排放的影响

为了使天然气掺氢(HCNG)发动机达到更好的经济性和排放性,在一台6缸天然气发动机上研究了过量空气系数(λ)与掺氢体积比对HCNG发动机燃烧、效率及废气排放的影响。结果表明:对各种掺氢比燃料,随着λ增大,最大燃烧放热率都降低,燃烧持续期增加,发动机指示热效率、NOx排放先增后降,CH4、CO排放先降后增;掺氢天然气相对纯天然气燃烧持续期缩短,因此HCNG发动机相对纯天然气发动机经济性和排放性更好。对于发动机的每个工况,都存在一个最佳的λ,使得发动机的各种性能达到最优平衡。