稀燃天然气掺氢发动机的热效率与排放特性

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1、成都，2007年8月中国内燃机学会燃烧净化节能分会2007年学术年会论文集稀燃天然气掺氢发动机的热效率与排放特性马凡华，王宇，刘海全，李勇，汪俊君，赵淑莉（清华大学汽车安全与节能国家重点实验室，北京，100084）摘要：为了分析在天然气中掺入氢气对发动机经济性和排放性的影响，本文在一台6缸天然气发动机开展了不同体积掺氢比的氢气/天然气混合燃料（HCNG）的稀燃效率与排放特性的实验研究。实验证实掺氢能够明显的拓宽燃料的稀燃极限，提高稀燃能力，加快燃烧速度。在未进行点火提前角优化时，掺氢不利于发动机的热效率，在同一

2、过量系数下也会使NOx排放升高，但可以使发动机正常工作在更稀的情况下，从而降低NOx排放。在最佳扭矩点火提前角时，掺氢可以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。关键词：天然气掺氢发动机；稀燃；稀燃极限；指示热效率；排放中图分类号：TK421.2文献标志码：AThermalefficiencyandemissioncharacteristicsofaleanburnHCNGengineMaFanHua,WangYu,LiuHaiquan,

3、LiYong,WangJunjun，ZhaoShuli(StatekeylaboratoryofAutomobilesafetyandenergy,TsinghuaUniversity,Beijing,China,100084)Abstract:InordertoanalyzetheeffectofhydrogenadditioninCNGonengine’sthermalefficiencyandemissions,anexperimentalresearchwasconductedona6-cylinder

4、CNGengineusingvariablecompositionsofnaturalgas/hydrogenmixtures(HCNG).TheresultsshowthathydrogenenhancementinCNGcansignificantlyextendtheleanoperationlimit,improvetheleanburnabilityanddecreasecombustionduration.Theexperimentsconductedatunchangedsparktimingsh

5、owsthathydrogenadditiondoesnogoodtothermalefficiencyandNOxemissionincreaseswiththeincreaseofhydrogenfraction.However,theenginecanbeoperatedmuchleanerwithhydrogenadditionwhichresultsinlessNOxemission.Atmaximumbreaktorquesparktiming(MBT),hydrogenenrichmentcani

6、ncreaseengine’sindicatedthermalefficiency,decreaseemissionsofunburnedmethaneandCO,alsomitigatethetrade-offrelationsbetweenNOxandunburnedhydrocarbon.Keywords:HCNGengine;leanburn;leanoperationlimit;indicatedthermalefficiency;emission引言物排放的方法。近年来，通过寻找替代燃料来实现21世

7、纪，中国汽车工业进入了高速发展期，到上述目的的研究越来越多，天然气由于其碳氢比小2004年我国汽车产销量达到440万辆，2002年汽（有利于排放），储量丰富被认为是传统石油燃料[1]车保有量为2000万辆，由此带来的对石油需求的的较有潜力的替代者。天然气发动机采用稀燃技激增和对环保的负面影响日益严重。如何实现汽车术是提高效率和降低排放的较理想的方法：过量的的节能和环保已经成为现今交通领域人们普遍关空气提高了燃烧终了混合气的绝热指数κ，有利于心的问题，各国所规定的燃油消耗率，尤其是排放提高膨胀功；并且空气充足也使

8、得燃烧效率提高，[2]限值也越来越严格。因此，车用发动机工作者们一这是稀燃能够提高发动机效率的主要原因。同时，直在寻求提高发动机经济性同时降低其各种有害稀燃可以降低缸内的燃烧温度，从而降低NOx的基金项目：国家十一五“863”计划节能与新能源汽车重大项目课题---氢气/天然气法发动机开发(2006AA11A1B7)作者简介：马凡华。男，博士。1966年生于湖北，研究方向为代用燃料发动机