高压缩比掺氢天然气发动机动力输出特征研究



高压缩比掺氢天然气发动机动力输出特征研究

在大节气门开度条件下，高压缩比掺氢天然气发动机需要高充气能力增压器提升其热效率和扭矩，从商业角度出发探索高压缩比掺氢天然气发动机的性能和爆震特征，对重型天然气发动机高充气能力增压器给该型发动机稀薄燃烧界限带来的影响，及压缩比变化对其热效率和扭矩的影响做相关的试验分析。

试验在一台6缸天然气发动机上进行，电涡流测功机控制发动机的转速和负荷，通用电子控制单元控制点火正时等参数，天然气由20MPa的压缩室减压后以0.8MPa的压力喷入进气歧管，氢气以0.8MPa的压力喷入进气歧管与天然气混合。用增压系统可以使掺氢天然气发动机的稀薄燃烧界限从1.7扩展到1.9，但当过量空气系数为1.9时，220MPa的进气压力并不能满足最大扭矩（1000.7N·m）的需要，如图1所示。图2显示了天然气发动机和掺氢天然气发动机热效率随过量空气系数的变化情况，图中显示当过量空气系数超过1.7后天然气发动机热效率明显开始下降，而掺氢天然气发动机的稀薄燃烧界限明显要广。

图1　增压条件下进气歧管压力随过量空气系数变化

图2　增压条件下热效率随过量空气系数的变化

试验中，在节气门全开的条件下用高性能增压器可以实现掺氢天然气发动机过量空气系数为1.8的稀薄燃烧；在高压缩比浓混合气条件下热效率改善程度会受到一定的削弱，这主要是考虑到爆震的影响而延迟了点火正时；随着压缩比的增大掺氢天然气发动机热效率会增大，但同时也会削弱稀燃界限，使最大热效率的稀燃界限由1.8变为1.6。

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作者：Cheolwoong Park et al

编译：张自雷