[01002199]天然气掺氢燃料发动机燃烧、排放及性能优化研究

1、系统深入研究了天然气掺氢燃料(Hydrogen enriched Compressed Natural Gas，简称HCNG)不同掺氢比条件下发动机的稀燃极限、循环变动、发动机指示效率及排放的影响规律，研究结果表明： 氢气的掺入可以极大的拓展天然气发动机的稀燃极限，发动机掺氢比越高，稀燃极限(以当量空燃比λ表示)越大，循环变动变小，指示效率提高，NOx排放提高，CO、THC、CH<,4>排放降低；2、系统深入研究了发动机转速、负荷、空燃比、点火提前角等因素对HCNG发动机燃烧过程、动力性、经济性及排放的影响规律，研究结果表明：转速对于燃用纯CNG时的稀燃极限的影响要比对燃用HCNG时的大，在小负荷时，转速提高导致CNG稀燃极限增大，大负荷时情况则相反。针对一种掺氢比和一定的工况，存在一个最佳的点火提前角使得稀燃极限最大。在MBT点火提前角前提下，发动机热效率随着掺氢比的增加而增加，并且NOx排放在掺氢之后也未有明显升高；掺氢有利于改善NOx与HC排放之间的trade-off关系；对于稀燃的HCNG发动机，每个工况均存在一个工作最佳的λ值，此时发动机的NOx，HC(主要为CH<,4>)和CO排放均较低，热效率比较高，即此时发动机经济性与排放性都很好；最佳点火提前角随掺氢比的增加而减小，在最佳点火提前角时，掺氢比对指示热效率的影响不大；3、提出了“氢气天然气混合燃料发动机的优化方法”，“不同氢气天然气混合燃料在同台发动机上的控制使用方法”，并已获得中国发明专利授权。研发出了排放超过国Ⅳ、满足国Ⅴ及EEV(环境友好型汽车)标准的车用HCNG发动机，该发动机的全负荷最低天然气当量消耗为206g/kW.h，该HCNG发动机当量燃料消耗率比原天然气发动机还低7﹪。该车用HCNG发动机得燃料经济性及排放均达到了国际先进水平。