天然气掺氢发动机试验用混合气配比系统研制

为满足天然气掺氢发动机试验要求,开发应用于发动机台架试验的定掺氢比混合气配制系统。首先对定压配比系统结构组成及误差进行了分析,提出了适合天然气掺氢发动机试验用的在线混合系统,并对其组成、掺氢比控制方法及系统误差进行了分析,证明该系统能够满足发动机掺氢比试验要求。     

HCNG发动机掺氢比选择试验研究

在东风EQD210—20天然气发动机上改变ECU中的空燃比和点火提前角等控制参数进行了HCNG燃烧试验。选择不同的掺氢比,进行排放和空燃比特性试验,比较发动机排放和动力性的变化,并采用四工况试验来综合评价发动机燃烧15%,20%,25%和30%4种体积掺氢比HCNG燃料的排放性和动力性。发动机燃烧20%体积掺氢比的HCNG燃料具有较好的综合性能,在保持动力性变化不大的情况下,有着较好的排放性能。     

掺氢天然气HCCI发动机燃烧特性数值模拟研究

为了研究不同运转参数对掺氢天然气均质压燃（HCCI）发动机的燃烧特性影响，基于Chemkin模拟软件，结合GRI-Mech3.0化学反应动力学机理，建立了HCCI 发动机的数值模型。数值模拟了掺氢天然气HCCI发动机在掺氢体积比为5%时不同运转参数下的燃烧特性，主要包括对发动机燃烧过程中缸内压力、温度、燃烧放热率和NO_x排放的影响。结果表明，在掺氢天然气HCCI发动机燃烧过程中，转速变化对缸内温度、压力和燃烧放热率的影响不大，但NO_x排放随转速增大而减小；缸内温度、压力、燃烧放热率及NO_x排放随过量空气系数增大而降低；缸内压力、燃烧放热率及NO_x排放随进气压力增大而提高，进气压力对缸内温度影响较小；缸内温度、压力、燃烧放热率及NO_x排放随进气温度增大而提高。为实际改善掺氢天然气HCCI发动机的燃烧动力性、经济性和减少排放提供了理论依据。     

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。     

基于气缸压力的天然气掺氢发动机最佳点火提前角的研究

由净压力2次导数最大值所在曲轴转角是否在上止点可以判断发动机是否处于最佳点火提前角下工作,通过与由发动机输出扭矩确定的最佳点火提前角相比较,证明净压力2次导数最大值方法可以精确地确定天然气掺氢发动机的最佳点火提前角。在其他条件不变的前提下,随着掺氢比的增加,应该推迟最佳点火提前角。     

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。     

天然气掺氢燃烧及排放性能的元素势能法分析

采用元素势能法对天然气掺氢燃烧进行计算,对理论绝热燃烧性能、燃烧排放性能进行分析,计算和分析的结果证明天然气掺氢燃烧技术对于降低排放有很好的效果。     

进气掺氢对柴油-天然气双燃料燃烧特性的影响

为了提高柴油-天然气(DN)双燃料发动机在中、低负荷时的燃烧效率,降低一氧化碳(CO)和未燃碳氢化合物(UHC)排放,以D19高压共轨柴油机为研究机型,构建了发动机燃烧室CFD模型,通过3D-CFD耦合柴油-天然气-氢气(DNH)三燃料化学动力学机理,进行数值模拟,研究了进气掺氢对DN发动机燃烧及排放特性的影响.结果表明:在进气内掺入20％的H2,可促进缸内关键自由基生成,加快天然气(NG)燃烧速率,使燃烧效率达到95.7％,与不掺H2时相比提高了 11.3％;而掺入25％的H2,可使总碳氢化合物(THC)减少49.0％,CO降低37.4％,CO2下降 12.7％.     

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。     

掺氢比对低热值气体发动机燃烧性能的影响

基于台架试验开展了发动机燃用2种典型低热值气体燃料(煤层气、沼气)掺混氢气燃烧性能的试验研究,分析了掺氢比对发动机燃烧特性参数的影响和对低热值气体发动机燃烧稳定性的影响。结果表明:低热值气体掺混氢气后,改善了低热值气体发动机的燃烧性能,最大缸压值上升,其对应的曲轴转角前移,燃料燃烧的火焰发展期大幅降低;随着掺氢比的增加,发动机平均指示压力更加集中分布在均值附近,且掺氢比越高,效果越明显。     

内燃机掺氢燃烧可行性分析

利用氢和汽油或柴油共同作为燃料,可使汽油或柴油充分燃烧,大幅度节约汽油或柴油,降低排气污染,这在目前是很有意义的。文章综述了掺氢内燃机的研究现状,分析内燃机掺氢燃烧（以汽油机为主）的特性、掺氢燃烧的优势以及掺氢对柴油机过量空气系数的影响,通过内燃机掺氢以后动力性能、经济性能与排放性能的改变,论证了掺氢内燃机的优势及市场的潜力。     

重型柴油机燃用不同柴油替代燃料的性能研究

对乖型柴油机燃用纯柴油、体积混合比例为1:9的天然气合成油(GTL柴油)与柴油混合燃料(G10)、体积混合比例为1:9的生物柴油与柴油混合燃料(BD10)、纯GTL柴油(G100)及纯牛物柴油(BD100)5种燃料的动力性、经济性及燃烧特性进行了研究.结果表明,BD10、G10与纯柴油有相似的燃烧特性,额定转速F G100的缸内工作压力增大,BD100的缸内工作压力显著降低;G10油耗较之BD10降低2.43%,功率较之BD10平均高2.78%;与燃用纯柴油的油耗相比,G100平均降低2.62%,BD100平均高出13%;除NOx排放外,生物柴油在降低CO、HC、PM的排放上均有所改善.     

混氢对柴油机燃烧及排放影响的试验研究

将氢气喷入柴油机进气道内进行试验,以研究柴油混氢对柴油机燃烧及排放性能的影响.试验中发动机转速固定在1 400r/min,在不同初始转矩下改变氢气在混合燃料中的质量分数,并保持燃料总质量不变.试验结果表明柴油混氢燃烧可缩短燃烧持续期,增大最大爆发压力及放热率峰值,且使峰值位置提前(氢质量分数为9%时放热率峰值提高20%),增大发动机的输出转矩,并能降低柴油机的各主要排放物(在中低转矩下CO及碳烟排放下降了30%～50%).     

柴油-天然气双燃料发动机的性能研究

在高压共轨电控柴油发动机的基础上,研发了柴油-天然气双燃料发动机。该发动机在原机电控系统保持不变的情况下,增加了一套双燃料电控系统,使其可以在纯柴油和柴油天然气双燃料两种模式下工作。在柴油天然气双燃料模式下,以少量的柴油引燃适量的天然气进行混合燃烧,达到与原机相同的功率及扭矩输出,天然气对柴油的平均替代率达85%以上,提高了该发动机的经济性。     

天然气汽车使用中存在的问题及对策

阐述了天然气汽车功率下降和早期磨损的原因。介绍了提高天然气汽车功率的措施，即提高发动机的充气系数，适当提高发动机的压缩比及使用专用天然气汽车发动机润滑油。试验表明，使用专用发动机润滑油对提高发动机功率和防止早期磨损具有显效果。     

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.     

天然气作为汽车燃料的应用及发展

由于天然气具有价格便宜、储藏丰富和排放污染低等优点,因此被认为是很有前途的车用发动机代用燃料。分析了天然气的燃料特性,介绍了天然气在车用发动机上的应用情况和目前的主要研究内容。简述了气缸内直接喷射天然气方案的实施。