增压稀燃天然气掺氢发动机稳态标定

以东风EQD210N—20天然气发动机为原型机,在燃用体积掺氢比为20%的HCNG燃料的条件下,根据某公司电控系统的相关资料,分析了电控系统内部的控制策略,结合HCNG燃料自身的特点,对HCNG发动机进行稳态工况标定。外特性和其他工况采用不同的空燃比控制策略以使标定后的电控系统可以同样适用于HC-NG发动机,并且标定后的HCNG发动机满足国Ⅲ排放标准,其动力性和经济性与原型机水平相当。     

基于焦炉气的HCNG发动机稀燃特性研究

在能源稀缺和环境保护双重制约的今天,研究开发新型车用石油替代燃料尤为重要和紧迫。将焦炉煤气作为发动机燃料,不仅可以大幅度提高焦炉煤气的附加值,缓解能源压力,还可降低排放,具有重要的经济效益和环境效益。本文以焦炉煤气作为HCNG燃料的工业来源,在经过甲烷化与适当的提纯后,将其视为体积掺氢比为55%的HCNG燃料在6缸增压火花点火发动机试验台架上进行了稀燃特性研究,并与天然气发动机和30%低掺氢比HCNG燃料稀燃特性进行了对比。从而获得掺氢比55%的HCNG发动机的稀燃极限和动力性、经济性规律。     

HCNG发动机排放特性分析

对EQD210N—20天然气发动机燃烧HCNG(氢气—天然气混合燃料)时的排放特性进行了试验和分析。试验结果表明,CO的排放浓度受燃空当量比、点火提前角、进气管绝对压力和燃料成分的影响较大;HC排放浓度有随掺氢比的增大呈降低的趋势,提高进气管绝对压力,点火提前角对HC排放浓度的影响减弱;天然气掺氢气后NOx排放升高。     

掺氢比对氢-甲醇发动机稀薄燃烧及排放影响

为探究掺氢比对氢-甲醇发动机稀薄燃烧性能的影响，在一台1.8 L涡轮增压缸内直喷汽油机 （GDI） 改装的氢-甲醇发动机上，开展了不同燃空当量比和不同掺氢比条件下的甲醇发动机掺氢燃烧和排放试验研究。结果表明，在稀燃条件下，增大掺氢比能提高发动机缸内最高燃烧压力及放热率峰值，且燃烧相位提前，燃烧持续期缩短。在稀燃情况下适当掺氢有助于改善循环变动，混合气越稀改善效果越好，但随燃空比和掺氢量增大时，循环变动却有恶化的趋势。当燃空当量比大于 0.71 时，增大掺氢比能改善 HC 排放；当燃空当量比大于 0.83 时，掺氢能改善 NOx排放，但 CO 排放恶化；当燃空当量比小于0.83时，增大掺氢比导致NOx排放恶化但CO排放降低。     

HCNG发动机的多维数值模拟研究

利用KIVA-3V程序平台,建立起适用于不同掺氢比HCNG发动机燃烧模拟的数值模型。通过试验缸压值和燃烧放热率与模拟结果的对比,验证了该模型可靠性。利用该模型研究了0、30%和55%这3种不同掺氢比HCNG发动机燃烧过程中的缸内温度分布状态。研究结果表明,掺氢可以降低点火延迟期,提高燃烧速度和燃烧稳定性;掺氢比越高,缸内最高燃烧温度越高,不利于氮氧化物排放;可以通过增加过量空气系数、降低燃烧温度来减少氮氧化物排放。     

天然气/氢气混合燃料发动机的稀燃极限和排放特性试验研究

在东风EQD210N-20天然气发动机上进行了天然气与天燃气/氢气混合燃料体积混合比例为10%、30%和50%的稀燃极限和排放特性试验研究.实验结果表明:燃烧混合燃料比燃烧天然气时的稀燃极限大,并且随着掺氢比例的增大,燃烧过程的火焰发展期和快速燃烧期缩短,发动机的指示热效率、平均指示压力和NO2的排放增加;但是当发动机在大于天然气/氢气混合气的稀燃极限工作时,其指示热效率、平均指示压力和NO2的排放迅速下降,平均指示压力变动系数、CH4和CO的浓度迅速上升.     

生物柴油应用试验研究

利用B100(纯生物柴油)、B50(50%体积生物柴油和柴油混合)、B20(20%体积生物柴油和柴油混合)等燃料分别对2辆配置了增压中冷车用直喷式柴油机的大客车进行了发动机排放特性试验和整车道路试验。试验结果表明,B100、B50和B20燃料均可以有效降低HC、CO、PM和烟度排放,但动力性下降、油耗率上升、NOx排放有明显增加;燃用B20燃料可以保证在降低排放的同时动力性、耗油率变化不大,因此该种掺烧方式比较适宜。     

空燃比对LPG/汽油两用燃料发动机的性能影响

改装的LPG／汽油两用燃料汽车的性能如何，很大程度上取决于空燃比与发动机性能的匹配程度。本文通过试验研究LPG／汽油两用燃料发动机动力性与排放性能随空燃比的变化规律，分析化油器式汽车改装为燃气汽车所带来的技术问题，对进一步发展LPG／汽油两用燃料汽车技术提出具体建议。     

进气掺氢与富氧燃烧对汽油机性能影响的试验研究

在JL3G10汽油机的基础上,搭建了发动机台架以进行掺氢富氧条件下的台架试验。利用该台架分别对不同进气含氧量(体积比),不同进气掺氢比以及富氧掺氢时汽油机的动力性与排放进行了试验研究。研究表明:相比原机,进气含氧量为25%时汽油机功率与扭矩提高了20.7%,HC排放减少36%,CO排放减少10.6%,但NOx排放增加了149.6%;2%进气掺氢比下的HC排放相比原机降低31.2%,CO排放降低46.1%,NOx排放则增加12.6%;富氧掺氢(氢氧体积比为2∶1)时,掺混比例为5.06%的汽油机较原机在动力性与排放上均有提升。     

中型商用车CA6SH-NE3天然气发动机的开发

为了开发满足国Ⅲ排放要求的天然气发动机,研究了实现国Ⅲ标准存在的问题,确定了理论空燃比加三元催化器的技术方案,即采用多点顺序喷射闭环控制空燃比,改进燃烧室和进气系统,改善燃烧,提高功率。采用三元催化转化器对排气污染物进行净化处理,完成了CA6SH-NE3发动机的优化设计及性能试验。结果表明,开发的天然气发动机具有较好的动力性和燃料经济性,排放达到国Ⅲ标准,实现了开发目标。     

Development of hydrogen-compressed natural gas blend engine for heavy duty vehicles

Natural gas fuel, as an alternative energy source of transportation, has been used widely since it has an advantage of low emission levels. However, new technologies are required in order to meet the reinforced emission regulations. For this purpose, research into the development of hydrogen-compressed natural gas (HCNG) blend engine was carried out to evaluate its feasibility and emission characteristics. The Engine Research Department at the Korea Institute of Machinery and Materials carried out a large number of tests based on various parameter changes that could affect the performance and emission of HCNG engine in different operating conditions. An earlier stage of the research project focused on the lean combustion of a HCNG engine for heavy duty vehicles to meet the EURO-VI standards. An 11-L/6-cylinder CNG engine was used for the test. The effects of the excess air ratio change were assessed based on various content ratios of hydrogen in the natural gas fuel. In the later part of the HCNG research, a stoichiometric mixture operation was suggested to meet reinforced emission regulation without requiring a De-NOx system. Additionally, an exhaust gas recirculation (EGR) system was introduced for the purpose of improving thermal efficiency and durability. The optimal operating conditions were selected to achieve the best thermal efficiency to meet the required emission levels. In this paper, we demonstrate that a HCNG engine can achieve a significant decrease in NOx emissions, as compared to that of a CNG engine, while meeting the requirements of the EURO-VI standards during a transient mode cycle test. EGR can suppress the weakness of stoichiometric mixture combustion strategy, such as the deterioration of the durability and thermal efficiency, while the emission level can be lowered with the use of a three-way catalyst. The possibility of further reduction of emissions and CO2 with EGR was evaluated to access practical application of a HCNG engine in the field. From that evaluation, the HCNG engine with stoichiometric mixture operation for heavy duty vehicles was developed. The emission levels of HCNG engine were 50 % lower when compared to the EURO-VI standards with a greater than 10 % decrease in CO₂ compared to that of a natural gas engine.     

HCNG城市客车的研发及示范推广

HCNG作为汽车代用燃料,可以提高燃料经济性,改善发动机性能,降低污染物排放。目前HCNG汽车的相关核心技术已经逐渐成熟,已具备进行商业化示范推广条件。     

发动机燃用生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的性能试验

为了降低柴油机燃用中等比例生物柴油-柴油混合燃料的污染物排放,在1 400r/min和2 000r/min不同负荷条件下,首先对比分析了发动机燃用生物柴油-柴油混合燃料与纯柴油的性能差异,然后在中等比例的生物柴油-柴油混合燃料中分别掺混10%和20%(体积比)的无水乙醇,测定了乙醇掺混比对发动机经济性、动力性和排放特性的影响。结果表明:与纯柴油相比,生物柴油-柴油混合燃料的有效燃油消耗率上升,动力性略有下降,炭烟排放降低,而NO_x排放升高。随着乙醇掺混比的增大,生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的有效燃油消耗率升高,小负荷时受乙醇汽化潜热的影响导致有效热效率下降,中等负荷时乙醇对有效热效率的影响不大,而大负荷时乙醇的高含氧量能够提高发动机的有效热效率。1 400r/min和2 000r/min全负荷条件下,发动机的最大功率随乙醇掺混比的增大而下降。在不同负荷条件下,随着生物柴油-柴油-乙醇混合燃料中乙醇掺混比的增大,发动机的炭烟、NO_x和CO排放逐渐降低,小负荷时乙醇的高汽化潜热导致HC排放明显升高。     

二甲醚／柴油混合燃料在压燃式发动机上的应用

为探索二甲醚/柴油混合燃料作为柴油机替代燃料的应用性能,对D20二甲醚/柴油混合燃料的喷雾特性进行了试验研究;同时,开展了直喷式柴油机燃用二甲醚/柴油混合燃料动力性能、经济性能及排放性能研究。结果表明:在同样的环境背压下,D20混合燃料的油束与柴油相比较,贯穿度有所缩短,喷雾锥角有所增大;柴油机燃用二甲醚/柴油混合燃料时,通过适当调整循环油量,发动机的动力性可以超过原柴油机,最低当量比油耗下降4.5%,烟度指标下降70%以上,NOx排放降低30%~50%;二甲醚/柴油混合燃料是一种能实现高比功率、低排放的石油替代燃料。     

电控LPG/柴油双燃料发动机的性能研究

对LRC6105柴油机改装为电控LPG/柴油双燃料发动机进行了实验研究,研究了不同掺烧比对燃料经济性、动力性和排放特性的影响。结果表明,加入一定比例的LPG可改变缸内燃烧过程,大幅度降低排气烟度,在一定程度上提高了燃油经济性;随着掺烧比的提高,尾气中HC和CO的含量有明显增加;电控双燃料发动机的动力性与原机基本相同。柴油机掺烧LPG有一定的规律,随发动机负荷、转速等参数的变化,掺烧有一最佳掺烧比,使得柴油机的动力性能、NOx和碳烟排放均达到最优化。     

气门重叠角对HCNG发动机回火性能的影响

为研究某高压缩比HCNG发动机的回火特性,进行了发动机回火工况台架试验,结合试验数据,建立HCNG发动机三维仿真模型,对不同气门重叠角下的回火性能进行仿真计算。试验与仿真结果表明:压缩比越高,发动机越容易回火;其他条件不变,较小的点火提前角容易引起回火;原机气门重叠角较大,压缩比提高,导致进气口富氢新鲜充量受热,这是造成回火的重要原因;随着气门重叠角的减小,发动机功率以及最高燃烧压力降低,当气门重叠角为0°时,可有效避免回火。     

掺烧不同比例生物柴油的发动机性能研究

对燃用不同掺烧比例生物柴油的一台进口车用增压中冷直喷柴油机进行动力性、经济性和排放特性试验.结果表明:发动机功率基本上随生物柴油掺烧比例增加呈线性下降趋势;油耗随掺烧比例增加而增加;生物柴油有一定的降低CO排放的效果,但不是很明显;掺烧生物柴油对HC和颗粒物的排放有明显的降低效果;但对于Nox,情况有些不同:掺烧10%的生物柴油几乎在所有工况下Nox排放都有所降低,而掺烧20%和30%生物柴油后,Nox排放则略有增加,且基本在3 000r/min以上的工作区域.