重型稀燃天然气发动机NOx排放试验研究

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1、第6期(总第203期)车用发动机No．6(SerialNo．203)2012年12月VEHICLEENGINEDec．2012重型稀燃天然气发动机NOx排放试验研究李娜1“，张强1，邵思东3，李国祥1(1．山东大学能源与动力工程学院，山东济南250061；2．济南大学机械工程学院，山东济南250022；3．潍柴动力股份有限公司，山东潍坊261001)摘要：研究了重型增压中冷稀燃天然气发动机的NO，排放，分析发动机转速、负荷率、点火提前角和催化器对NO，排放性的影响。试验结果表明：稀燃天然气发动机在外特性运行时，低转速时NO。排放比高速时

2、高，安装催化转化器后发动机NO，排放升高；中、低速时，随负荷率的增大NO，排放呈先增大后减小的趋势；转速为1000r／rain和1400r／min、中等负荷率时，点火提前角对NO，排放的影响较显著，安装催化器后NO，排放水平显著降低；高速运行时，整个负荷率范围内NO。排放水平较低，安装催化器后N0，总体排放水平升高。关键词：天然气发动机；氮氧化物；排放；稀薄燃烧；负荷特性；外特性DOI：10．3969／J．issn．1001-2222．2012．06．015中图分类号：TK421．5文献标志码：B文章编号-1001—2222(2012)

3、06—0061一04节能减排及国家能源多元化的战略需要，使天1试验装置然气在发动机领域的应用范围日益广泛，车辆燃用天然气不仅能够降低有害排放物，还能够减少碳排试验所用天然气发动机为WPl0NGE40增压放，对控制全球气候变暖具有一定贡献[1。3j。随着车中冷天然气发动机。为改善发动机的性能并控制排载天然气(包括压缩天然气和液化天然气)燃料供给放，对发动机的燃烧系统进行了优化，设计了湍流快系统、发动机本体及加注站等基础设施的完善，重型速燃烧系统，优化了配气相位，并匹配了催化后处理天然气发动机因具有运营成本低、排放低的优点，在器和电控水冷增

4、压器。重型车中所占的比例日益增加。重型天然气车主要用于长途运输，工作环境恶随着国家排放法规的日益严格，天然气发动机劣，对发动机可靠性的要求很高，而燃气供给系统的须满足国Ⅳ及更高排放标准的要求。目前，国内外喷射阀是影响天然气发动机可靠性的薄弱环节。目的催化转化技术已经比较成熟，天然气发动机采用前，国内外成熟的燃气供给系统主要有进气总管单催化后处理器后，排气中99％以上的CO和HC被点喷射和进气道多点喷射两种型式。进气道多点喷催化氧化，比较容易满足国Ⅳ及更高排放标准的要射可以组织较大的扫气系数，具有排放少、发动机热求[4书]。但由于天然气和

5、汽油相比层流火焰的传播负荷低的优点，但对喷射阀和电控系统的要求较高。速度慢，在P一0．1MPa，丁=298K时，传播速度仅为保证在恶劣环境下的可靠性，该发动机采用进气为33．8cm／s[7]，天然气发动机燃烧速度慢、热负荷中冷器后多阀喷射、混合器混合的进气方式，即多个高，导致NO，排放较高，NO，排放成为限制天然气喷射阀同时工作，将天然气喷人进气模块后再通过发动机满足排放标准的主要因素¨。9J。混合器与中冷后的空气混合。这种进气模式的优点本研究以1台6缸增压中冷重型稀燃天然气发是喷射系统的可靠性高、天然气和空气混合均匀燃动机为研究对象，

6、研究发动机转速、负荷率、点火提烧充分，缺点是利用混合气扫气，扫气系数受限制，前角和催化器对稀燃重型天然气发动机NO，排放需依靠增加稀燃程度控制发动机的NO。排放。发性的影响，从而为重型稀燃天然气发动机的NO：排动机的主要技术参数见表1。放控制提供一定的研究基础。收稿日期：2012-05—08；修回Et期：20121011基金项目：国家“八六三”计划“节能与新能源汽车”子课题(2008AAllAl20)作者简介：李娜(1977)，女。博士，主要研究向为新能源发动机；iamli—na@163．tom。通讯作者：李国祥(1965)，男，教授，

7、博士生导师，主要研究向为发动机燃烧及排放控制；liguox@sdu．edu．cn。车用发动机2012年第6期表1天然气发动机主要技术参数示出了方案A安装催化器前后的外特性NQ排放。表2试验方案及外特性运行参数发动机型号WPlONGE40发动机型式水冷、直列、四行程、干缸套转速／r·rain_120001800160014001200l000进气方式增压中冷过量空气系数1．511．501．461_461．441．36缸径／mm126方案A212119．9171410．6点火提前行程／ram130方案B242422．9201713．6角／(

8、。)排量／L9．726方案C272725．9232016．6标定功率／kW220标定转速／r·min-12000最低燃料消耗率／g·(kW·h)_1≤200排放要求达到国Ⅳ排放试验台架的总体布置见图1。试验