火花点火式二冲程天然气发动机的开发

天然气具有高辛烷值及大Ｈ、Ｃ比且容易实现稀薄燃烧的优点。象内燃机的燃料一样纯天然气具有极好的性能。为更好地利用天然气的性能，我们把压缩天然气应用到火花点火式二冲程发动机上并对这种发动机的性能、热效率及排放进行了研究。结果，研制出更低排气污染，更少ＣＯ２排放和高热效率的压缩天然气发动机。本文报告其研究结果。     

天然气发动机的研究现状

天然气能降低发动机的有害物排放,是一种比较理想的发动机代用燃料。稀燃天然气发动机具有较高的热效率和较低的NOx排放。均质充量压缩着火(HCCI)燃烧也是提高稀燃天然气发动机热效率的方法之一,并有很低的NOx排放。本文综述了稀燃天然气发动机和HCCI天然气发动机的研究进展,尤其是燃烧室形状、点火系统、充量分层、加氢等对天然气发动机性能的影响及天然气HCCI发动机的燃烧与排放特点。     

天然气替代柴油率对双燃料发动机排放的影响

天然气／柴油双燃料发动机的排放能受各种因素影响和制约,在引燃油的供油提前角变化对发动机排放性能影响的基础上,进行天然气替代柴油率对双燃料发动机排放性能的影响试验研究,结果表明,在相同条件下和适当的天然气对柴油替代率范围内,随天然气替代柴油率的变化,发动机排放物中ＴＨＣ最大相差为４５％;ＣＤ相差为４０％;ＮＯｘ相差６７％,根据发动机的排放性能和发动机的动力性,经济性及机械性能综合考虑得出了在试验机型     

不同掺氢比的HCNG燃料对天然气发动机怠速性能影响研究

为了研究在天然气中掺入不同体积比氢气对发动机怠速性能的影响,针对一台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)的怠速性能试验研究.试验证实掺氢后热效率提高,要达到相同的怠速转速可减少怠速旁通阀开度;在怠速情况下,掺氢使CH4、CO、NMHC排放下降,Nox排放上升,可通过点火提前角推迟来有效降低怠速Nox排放;在天然气中掺入适量氢气后有利于改善发动机怠速燃烧,从而增加怠速稳定性.在怠速条件下,掺氢后CO、CH4排放随转速升高先减小后增加;怠速转速升高,怠速稳定性变好.在天然气中掺入适量氢气后,发动机热效率提高,经济性改善.     

电控柴油天然气(双燃料)发动机性能研究

本文主要对电控柴油天然气(双燃料)发动机的台架试验性能进行了研究，试验时通过控制数字电磁阀脉宽来决定每循环进入气缸的燃气量，用少量柴油引燃，达到双燃料柴油机的性能。试验结果表明，燃料发动机的动力性能、综合排放性能得到改善；天然气的最高替代率85％以上。可见，压缩天然气采用电子控制多点顺序喷射这一先进技术，使发动机达到了较好的综合性能指标。     

用快速压缩装置研究直喷式天然气发动机排放特性

使用快速压缩装置进行了直喷式天然气发动机排放特性的研究。测量了三种不同方式下的排放，并与均相混合气燃烧情况进行了对比。实验结果表明，在宽广的当量比范围内，天然气直喷方式的燃烧效率高于0.95。由于混合气的分层燃烧，天然气喷射方式在宽广的当量比范围内保持较低的HC排放量，同等功率下的低CO2排放量，低NOx排放量，其NOx排放在理论当量比处的降低更为明显。直喷天然气发动机既具备柴油机发动机效率高的特点，又具备预混燃烧发动机排放低的特点。     

可变EGR对柴油-天然气发动机排放特性影响的研究

对柴油-天然气双燃料发动机采用可变EGR时的排放特性进行了研究,试验发动机65%的功率由天然气提供,其余由柴油提供.研究结果表明:柴油-天然气双燃料发动机采用EGR时,在较低负荷能有效降低排放,但在较高负荷会有热效率降低和CO排放较高的缺点;而采用可变EGR时,可以明显降低NOx、HC、CO和碳烟排放,并且热效率几乎可保持基础发动机的水平.     

点燃式发动机燃用汽油和模拟生物质气性能比较

本用一台Ｒｉｃａｒｄｏ Ｅ６可变压缩比单缸四冲程试验机为样机，研究了燃烧汽油和模拟生物质气时的动力性，经济性及排放指标的变化规律。试验中改变了生物质气的成份，发动机转速，空燃比以及压缩比等。试验结果表明，即使压缩比为１３，用气体燃料时的功率也低于压缩比为８．５用汽油时的功率，但前的热效率接近或高于后。用气体燃料的ＨＣ和ＣＯ排放低于用汽油时。纯天然气高压缩比工况的ＮＯＸ排放高于汽油工况，随着模     

火花点火发动机燃用CNG/H_2混合燃料配合EGR的性能和排放研究

在一台火花点火天然气发动机上开展了不同掺氢比和EGR率下发动机性能和排放的试验研究。研究结果表明:引入EGR后发动机输出功率下降,但掺氢可以提高大EGR工况下发动机的输出功率。有效热效率随EGR率的增大呈现先升高后降低的趋势;小EGR率下,有效热效率随掺氢比的增加而降低,而大EGR率下,有效热效率随掺氢比的增大而升高。天然气掺氢后NOx排放增加,EGR引入使NOx排放降低,这种降低作用在大掺氢比下更显著。因此,相对于小EGR率工况,大EGR率工况下天然气掺氢表现出更好的性能和排放效果。HC排放随EGR率的增大而增加,随掺氢比的增加而降低。CO和CO2都随EGR率的增加变化不大,随掺氢比的增加而降低。研究表明,天然气掺氢结合EGR可实现火花点火发动机高效低污染燃烧,并能满足欧Ⅳ排放标准。     

压缩比对直喷天然气发动机燃烧与排放特性的影响

在缸内直喷火花点火天然气发动机上开展了压缩比为8、10、12和14的燃烧和排放特性研究。研究结果表明,压缩比对发动机性能、燃烧和排放有较大影响。压缩比增加,发动机充量系数增加,燃烧速率加快,热效率提高。缸内最高燃烧压力、最高燃气平均温度和最大压力升高率等燃烧参数随压缩比的增加而增加;HC和CO排放随压缩比的增加而降低,NOx随压缩比的增加而增加。压缩比过高会导致HC排放的增加,当压缩比大于12时,发动机在中高负荷出现轻微爆燃现象,NOx排放明显增加。综合考虑直喷式天然气发动机的动力性、经济性和排放性能,认为发动机的最佳压缩比设置在12比较合理。     

DME／CNG双燃料均质压燃发动机性能试验研究

研究了二甲基醚和天然气双燃料均质压燃发动机性能和排放特性.结果表明,采用高十六烷值燃料二甲基醚和高辛烷值燃料天然气,可以拓宽均质压燃的运行工况范围.均质压燃发动机在中等负荷工况,热效率比传统压燃式发动机高.小负荷工况,采用二甲醚和大比例EGR方案可以提高热效率.和传统压燃式或点燃式发动机不同,均质压燃发动机的着火始点对经济性影响不大.均质压燃发动机的NOx排放极低,比原机降低95%以上.随着二甲基醚浓度增加,NOx排放增加,HC和CO排放降低;接近爆震燃烧区域,NOx排放急剧升高,而接近稀燃极限区域,HC和CO排放急剧升高,发动机热效率降低.     

高压缩比射流点火天然气发动机燃烧及排放特性

采用一维仿真,预测并分析了压缩比对射流点火天然气发动机烧特性规律,进一步结合台架试验研究了高压缩比下采用不同稀释策略时射流点火天然气发动机的燃烧及排放特性.结果表明:压缩比提升至17.0时,燃烧初期放热迅速,滞燃期缩短,燃烧持续期显著增加;采用纯空气稀释时,燃烧效率提高,热效率提升小于1％;CO、NOx排放增加,HC排...     

压缩天然气发动机的设计及性能研究

为提升压缩天然气(CNG)发动机的综合性能,从考察、研究压缩天然气理化特性的角度出发,选择在一款柴油机原型机上改装天然气发动机,为天然气发动机设计燃料供给系统、进气系统、点火系统、燃烧系统以及后处理系统,以满足压缩天然气在发动机上的相关燃用要求。对改装设计的压缩天然气发动机开展台架试验研究,分析压缩天然气发动机的负荷特性、速度特性以及万有特性,并综合评价改装后的压缩天然气发动机性能表现。研究结果表明:相比于柴油机原机,改装设计的压缩天然气发动机最大转矩提高约22%,动力性增强;同时最小等热值有效燃油消耗率下降约2%,经济性获得改善;且压缩天然气发动机的升功率和比功率提升,发动机强化程度提高。     

二氧化碳含量对生物质气发动机性能的影响

用一台Ｒｉｃａｒｄｏ Ｅ６可变压缩比单缸试验机研究了二氧化碳含量的变化对生物质气发动机动力性，经济性及排放指标的影响。结果表明，随着二氧化碳含量的增加，发动机的功率及热效率均有所下降，上述性能指标的降低可通过提高压缩比来改善，虽然二氧化碳的存在几乎不影响ＣＯ排放，略微增加了ＨＣ，但显著地降低了排气中ＮＯｘ含量。     

重型M100甲醇发动机排放及燃烧热效率分布研究

甲醇作为重要的车用发动机替代燃料,其排放性能和燃烧热效率一直是行业内关注的热点。为研究法规工况下甲醇发动机的排放性能及燃烧热效率分布,通过在一台自主研发的重型M100甲醇发动机上进行了重型汽油机瞬态循环(GB 14762—2008)和ETC循环(GB 17691—2005)试验。研究结果表明:M100甲醇发动机的排放污染物值远低于现有法规限值;发动机燃烧热效率与同等排量的其它燃料发动机相当;重型汽油机瞬态循环下的排放性能优于ETC循环,而平均燃烧热效率稍差。     

复合供气压缩着火天然气发动机的试验研究

设计开发的天然气发动机压缩着火燃烧系统采用球形涡流室式燃烧室结构及天然气复合供气系统,通过台架试验研究了不同天然气供气方式、进气加热温度、高压供气定时和高、低压供气比例对着火燃烧和排放的影响.结果表明,高压供气定时、高低压供气比例、进气加热温度对天然气压燃和排放的影响均存在最优值;与天然气低压供气方式相比较,复合供气方式实现天然气发动机的着火起动需要较高的辅助加热条件;但是在扩展发动机运转范围方面具有明显优势.     

双燃料发动机(天然气/柴油)性能与排放的研究

以4102型柴油机为基础机，开发天然气／柴油双燃料发动机，试验研究引燃油量、喷油提前角对发动机排放和经济性影响，以及双燃料发动机与原柴油机性能和排放的比较。     

车用压缩天然气组分对天然气发动机燃烧、排放影响的计算分析

根据我国天然气组分变化的情况，采用双区模型模拟计算的方法，研究了在过量空的系数为1时，天然气组分变化对火花点式发动机燃烧压力、燃烧温度及CO2、CO、NO排放特性的影响。计算结果表明：干天然气、具有我国平均组分的天然气和凝析气，其组分的变化对动力性影响不大，主要影响排放特性；但如果天然气中含有过多的低热值燃料或惰性气体（但仍符合我国的天然气成分标准），则同时对动力性和排放特性产生明显的影响。将计算结果与我国的汽车用压缩天然气标准中的技术要求进行 了对比，指出了我国车用天然气技术标准的不足。     

汽油机燃烧沉积物对发动机性能影响的研究

本介绍了作在一台４９２Ｑ型汽油机上进行燃烧沉积物对发动机性能影响的研究结果，发现燃烧沉积物导致发动机压缩比提高，废气排放中ＮＯｘ、ＨＣ排放增多并导致发动机充气效率下降，此外还分析了燃烧沉积物影响发动机性能的主要原因。     

双燃料发动机的结构改装和计算验证

介绍了德国压缩天然气/柴油双燃料发动机的发展现状和优劣势,以及基于转变气门喷射系统(TVI)的结构改装.由于在怠速和低负荷工况下热效率过低和排放不佳,通过双策略模式实现了双燃料发动机的低排放和高效运行.最后通过计算验证双策略模式在转换时的可行性.