稀燃天然气掺氢发动机循环变动的试验研究.pdf

第 4 6卷第 6期 2 01 0 年 3 月 机械工程学报 J 0URNAL 0F M ECHANI CAL ENGI NEERI NG Vo1 ． 46 N o． 6 M a r ． 2 0l O DoI l O ． 3 9 01 ／ J M E． 20 1 0． 06 ． 02 1 稀燃天然气掺氢发动机循环变动的试验研究木 马凡华 江 龙 丁尚芬 王明月 王业富 赵淑莉 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京 1 0 0 0 8 4 摘要对火花点火天然气发动机而言，稀燃是提高发动机燃油经济性和降低发动机排放的一种有效途径，但稀燃导致的循环 变动是拓宽稀燃极限的一个主要限制因素，在天然气中掺混氢气作为燃料，可解决稀燃工况下循环变动过大的问题。为了研 究掺氢对发动机循环变动影响， 选取纯天然气和掺氢体积比为 2 0 ％的天然气掺氢燃料， 在 6缸进气道喷射增压稀燃天然气发 动机上进行不 同点火提 前角和空燃 比工 况下的试验研究 。通 过对缸 内压力特性 参数、燃烧特性参数 以及排 放数据的分析 ，结 果表明掺氢可有效降低发动机最高压力循环变动和平均指示压力循环变动，在稀燃情况下效果更为明显；掺氢可降低火焰 发展期和燃烧持续期及其循环变 动；在稀燃工况下 ，掺氢对 控制发动机 N0 及未燃 HC排放有利 。 关键 词天然气掺氢循环变动氢 气燃烧持续期排放 中图分类号T K4 2 1 ． 2 Ex pe r i me n t a l S t ud y o n Cy c l e ． b y c y c l e Va r i a t i o n s i n Le a n - bu r n Na t u r a l Ga s En g i n e wi t h Hy d r o g e n En r i c h m e n t M A Fa r L h u a J I ANG Lo n g DI NG S h a n g f e n WANG M i n g y u e WANG Ye ZHAO S h u l i S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o f Au t o mo b i l e S a f e t y a n d E n e r g y , T s i n g h H a U n i v e r s i t y , B e i j i n g 1 0 0 0 8 4 Ab s t r a c t L e a n b u r n i s a c c e p t e d a s a n e ffe c t i v e a p p r o a c h t o s i m u l t a n e o u s l y i mp r o v e s p a r k i g n i t i o n e n g i n e ’ S t h e r ma l e ffi c i e n c y an d d e c r e a s e e x h a u s t e mi s s i o n s f o r n a t u r a l g a s e n g i n e s ． T h e c y c l e - b y c y c l e v a ri a t i o n c c v i s a ma i n l i mi t i n g f a c t o r i n e x p e n d i n g l e an b u m l i mi t ． Hy d r o g e n a d d i t i o n i s t h o u g h t t o b e a n i d e a l a p p r o a c h t o tac k l e t h e p r o b l e m ． An e x p e r i m e n tal s t u d y a i m e d a t e x a mi n i n g t h e e f f e c t s o f h y dro g e n a d d i t i o n o n c y c l e _ b y c y c l e v a ri a t i o n i n a n S I e n g i n e i s c o n d u c t e d o n a 6 - c y l i n d e r t h r o t t l e b o d y i n j e c t i o n t u r b o c h a r g e d n a t u r a l g a s e n g i n e f u e l e d w i t h p u r e n a t u r a l g a s a n d 2 0 ％ h y dro g e n e n r i c h e d c o mp r e s s e d n a t u r e g a s HC NG i n v o l u me ． T h e e x p e ri me n t i s c o n d u c t e d u n d e r v a r i o u s c o n d i t i o n s i n c l u d i n g d i ffe r e n t i g n i t i o n t i mi n g s a n d a i r fue l r a t i o s ． T h e i n c y l i n d e r p r e s s u r e d a t a ， c o mb u s t i o n c h a r a c t e ri s t i c s a n d e mi s s i o n s a r e ana l y z e d ． T h e r e s u l t s s h o w t h a t c o e ffic i e n t o f v a ri a t i o n C o V i n b o t h ma x i mu m p r e s s ure P m a x a n d i n d i c a t e d me a n e ff e c t i v e p r e s s u r e I ME P c a n b e r e d u c e d b y h y dro g e n a d d i t i o n a n d t h a t p o s i t i v e e ff e c t wi l l b e mo r e o b v i o u s a s t h e e n g i n e i s fu r t h e r l e an e d o u t ． Th e d ur a t i o n o f fl a m e d e v e l o p me n t a n d p r o p a g a t i o n a s we l l a s t h e CC Vs i n flam e p r o p a g a t i o n d u r a t i o n c a n b e s i m u l tan e o u s l y r e d u c e d b y h y dro g e n a d d i t i o n ．Hy d r o g e n a d d i t i o n i s a l s o p r o v e d t o b e g o o d t o the c o n t r o l o f e mi s s i o n o f N an d u n b u r n e d HC． Ke y wo r d s H y dro g e n e n ri c h e d c o mp r e s s e d n a t u r e g a s HC NG C y c l e - b y - c y c l e v a r i a t i o n s H y d r o g e n C o mb u s t i o n d u r a t i o n Emi s s i ons 0 前言 天然气作 为一 种有效 的车用代用燃 料 已经得 到了应用和推广，与汽油机相 比，天然气发动机可 以利用稀薄燃烧方式提高燃料经济性和降低排放， 但小幅度 的稀 燃 已很难满足 越来越严格 的排放法 国家高技术研究发展计划资助项 目 8 6 3计划 ，2 0 0 6 A A1 1 AI B 7 。 2 0 0 9 1 1 1 0收到初稿，2 0 0 9 1 1 2 0收到修改稿 规 ，大幅度的稀燃却会带来燃烧循环变动过大等 问 题 。在天然气 中掺入一定比例的氢气 ，可以提高混 合燃料的燃烧速度，降低稀燃 下的循环变动 ，拓宽 发动机 的稀燃极限 J 。 天然气掺 氢作为一种新 型的车用替代燃 料近 年来在国内外得到了广泛的研 究。 B A UE R等【 2 j 在单 缸机上燃用掺氢体积 比为 0 、 2 0 ％、 4 0 ％和 6 0 ％的天 然气掺氢燃料进行 了试验 ，试验工况包括全负荷和 部分负荷，空燃比从理论空燃 比逐步扩展到稀燃极 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 机械工程学报 第4 6卷第 6期 限。试验结果表 明掺氢可 以减小最佳点火提前角， 但会降低发动机的动力性 。WA NG 等[ 3 - 5 ] 研究 了天 然气掺氢缸内直喷发动机的燃烧特性，得到结论 中低负荷下发动机的有效热效率随着掺氢 比的升高 有所提高； 掺氢可使快速燃烧期缩短， 放热率和 N 排放升高。文中建议采用 2 0 ％体积掺氢比的天然气 掺氢燃料可得到发动机性能和排放的最佳平衡 。 P O R P A T H AM 等【 4 J 在 A V L 单缸机上进行了掺氢 比 为 0 、 2 0 ％、 5 O ％和 1 0 0 ％的天然气掺氢燃料的研究， 结果表明纯氢发动机 的最大功率较纯天然气发动机 下降了2 3 ％， 推迟点火提前角有利于降低 N 排放 。 由于大部分的研究集 中在性能与排放方面 ，对稀燃 天然气掺氢发动机循环变动的专 门研究比较少 ，本 文通过对发动机缸内压力及燃烧情况的分析，研究 掺氢 对稀燃 天 然气 发 动机 循环 变动 的影响及 其 原 因。 1 试验条件及方案 试验 用 发 动机 为 东风 汽 车有 限公 司生 产 的 E Q D2 1 0 N一 2 0单点电控天然气喷射，水冷式涡轮增 压中冷发动机，其主要参数见下表。试验 台发动机 测试系统为 C w2 6 0 ． 1 8 0 0 ／ 7 5 0 0电涡流测功机， 测功 机 自带 F S T 2 C 型控制系统，能实现对发动机定转 速、定转矩等多种控制方式。空燃 比测量采用 日本 H OR I B A 公司生产的 ME X A 7 2 0 NO 空燃 比分析 仪，排放测量采用的是 MR U G mb H公司生产的型 号为 V a r i o P l u s排放仪。缸压数据采集采用 Ki s t l e r 6 1 1 7 B 火 花 塞 式 压 力 传 感 器 ， 由 YOK OG A WA DL 7 5 0示波器记录仪显示和记录缸压。曲轴转角发 生器选用的间隔为 1 。C A。 表E QD 2 1 0 N． 2 0发动机主要参数 参数 规格 缸数情况 缸径 d ／ mm 行程 s ／ mm 总排量 驵 压缩比s 试验的工况包括不同点火提前角 在包含 MB T 点的区域以 2度为步长变化 、 不同的过量空气系数 1 ． 3 ～1 ． 6 ，变化步长为 0 ． 1 。试验 同时采用 了纯天 然气和体积掺氢 比 2 0 ％的天然气掺氢燃料进行 比 较。发动机的转速和负荷 以平均有效压力表征 在 试验中保持不变，分别为 1 6 0 0 r ／ m i n 和 0 ． 5 5 MP a 。 每个发动机工况下均记录 了连续 1 3 8个循环的缸压 数据。 2 试验结果及 分析 2 ． 1 缸内压力特征参数的分析 图 1 和图2分别给出了缸 内最大压力 眦 及其 循环变动 C 随点火提前角的变化规律。氢气较 天然气而言，其点火能量更低而燃烧速度更快，因 此在其他条件不变的前提下掺氢能够缩短着火落后 期，即掺氢可 以提前点火时间，这对缸 内峰值压力 的作用与增大点火提前角的作用类似。于是，从图 1可以看 出， 在相同的过量空气系数 和点火提前 角下，掺氢可 以进一步提高缸 内最大压力值。更短 的燃烧持续期对于降低燃烧循环变动也是有利的， 因为更接近等容燃烧。图 2中反映出的在点火提前 角和空燃 比不变的情况下，掺氢可 以降低最大压力 循环变动 c 的事实是由两方面因素造成的一 是掺氢可以降低燃烧变动；二是掺氢可以提高最大 压力值。 因为 c 的定义为最大压力的标准差除 以 其平均值，而降低燃烧变动可 以降低标准差 ，提高 各 个循环的最 大压力则也提 高了最大压 力的平均 值 。 另外从图 2中还可 以看 出， 不管采用哪种燃料， C 总是随着点火提前角的增大而减小。B R OWN 等 1 认为这与缸 内压力 的上升一部分来源于活塞运 动有关。在极端情况下，点火甚至可 以早到使得燃 烧在缸内压力达到最大值之前就 已经结束，这种情 况下最大压力的循环变动就会较小 。此外，随着点 火提前角的增大缸内最大压力平均值升高也是原因 之 一 。 ． - _ 1 ． 3 C NG 1 ． 5 C N G 点火提前角 。 图 1 点火提前角与平均最大压力的关系 基于以上的分析，可 以发现增大点火提前角总 是可以使得 变小。 另外考虑到所关注的重点是 燃烧循环变动对缸 内整个循环 的压力情况的影响及 发动机 的动力输 出稳定性 ， 以 来量化循环变动 歹 ．． 省 加 一 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0年 3月 马凡华等稀燃天然气掺氢发动机循环变动的试验研究 A 1 ．3 CN G 1 ． 5 C NG 点火提 前角 a l 。 图 2 点火提前角与最大压力循环变动的关系 并不合适 。而更好的选择应是以平均指示压力的循 环变动系数 C i 印来表征。实际上 ，在不 同的 a x 及其 出现的曲轴转角的组合下有可能出现相 同的平 均有效压力值 。也就是说 ，p m a x和平均有效压力值 的相关性比较弱，这点由图 3可得到进一步证 明。 根据李兴虎等[7 J 的研究结论，C ⋯ 和 G 印随着点 火提前角变化的规律有时甚至是相反 的。因此，当 关注 的重点是发动机功率输出的稳定性及车辆驾驶 性能时，采用 C i 来量化发动机的循环变动更为 合适 。 蒿 蟛 醢 平均指示压力 。 ／ k P a 图 3 循环最大压力及平均指示压力关系的散点图 图4给出了在不同点火提前角和过量空气系数 的情况下 ，纯压缩天然气 C o mp r e s s e d n a t u r a l g a s ， C NG 发 动 机 和 掺 2 0 ％体 积 比天 然 气 掺 氢 燃 料 H y d r o g e n e n r i c h e d c o m p r e s s e d n a t u r e g a s ， H C NG 发动机 C i一 的比较。由图4 可见， 不管采用何种燃 料 ，随着过量空气系数的增大，C 也逐渐增加， 这主要是 由于稀燃程度的增加会导致火焰传播速度 变慢，从而使燃烧循环变动升高。在相 同的过量空 气系数下 ，掺氢可以非常明显的降低循环变动 ，反 映了氢气较强地加强燃烧稳定性 的能力。这同时意 味着在保证工作稳 定性 的同时 如 C j 印 l 0 ％ 发动 机可以在掺氢之后运行在比燃用纯天然气时更稀薄 的混合气上。更稀薄的燃烧 由于可 以降低缸 内的燃 烧温度 ，也就可 以降低发动机的 N 排放 ，对发动 机的清洁运行十分有利 。 图 4 平均指示压力循环变动 与过量空气系数和 点火提前角 的关系 从图 4中还可以看 出，所有 的曲线均在最佳点 火提前角附近达到最低值 图 4 中各种工况下最佳 点火提前角值可见图 5 。这种趋势可 以通过 以下两 种相互作用 的因素来解释 一方面，点火时间越早， 点火时刻时缸 内的温度和压力就越低 ，使得初始燃 烧速度也较慢 ，这样使得在火焰发展期的循环变动 增大 ，最终导致整个循环的压力变动也更大；另一 方面 ，如果 点火时间过晚，则燃烧过程将会有相当 大一部分在缸 内温度和压力都相对较低的膨胀 中后 期完成 ，这会增加燃烧持续期从而增加循环变动 。 此外 ，还应注意到当点火时刻从最佳点火提前角点 向后推迟 时，C i 。 升高的速率要大于点火时刻从质 量燃烧率前提时的情况，这说 明后燃对燃烧稳定性 更为不利 。至于掺氢 的影响，图 4显示 出当燃用 HC NG燃料时， Gm e 。 受点火提前角推迟 的影响要 比 燃用纯 C NG 时小 ，这主要是 由于掺氢可 以加快燃 6 5 4 3 2 1 籁帕稃 霉 7 6 5 4 3 2 1 ／ d 一 籁峨需 R 坦 露 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 机械工程学报 第 4 6卷第 6期 烧速度，从而降低后燃 的可能性 。 图5 最佳点火提前角与过量空气系数的关系 掺氢可以降低循环变动 ，而在过量空气系数越 大，即混合气越稀的情况下这种作用越 明显，如图 6所示。因此，掺氢是一种有效降低稀燃 C NG发动 机的方法，特别适用于为了达到更低 N 排放而采 用大幅度稀燃的发动机。 1 3 1 ． 4 1 ． 5 1 ．6 过量空气系数 图6 燃用 C NG和 H C NG时 c i c p 在最佳点火 提前角点时的比值 2 ． 2 燃烧特征参数的分析 许多研究表明，火焰发展期对火花点火发动机 的循环变动有很大的影响[ 8 - 9 ] 。 初始火焰发展速率的 加快可 以明显地降低发动机的循环变动。图 7给出 了在不 同过量空气系数时，从点火到质量燃烧率 1 0 ％的燃烧持续期与点火提前角的关系。 从图 7中可以看出，在任一工况下，掺氢均可 以缩短 0 ～l 0 ％ 质量燃烧率 燃烧持续期， 并且随着 过量空气系数的增大，缩短的程度也越大。这说明 掺氢可以有效地加速火焰初期的发展，其效果随着 稀燃程度 的增加变得更为明显。更与 T uL L Y等【 l U J 的研究结果及 图 6所示的趋势有较好 的一致性 。图 7中所示的掺氢对 0 --1 0 ％ 质量燃烧率 燃烧持续期 缩短被认为是掺氢降低 C i 。 的最重要的原因。 A Y A L A 等【 1 l J 在大量试验数据得 出结论存在一个 0 ～1 O ％ 质量燃烧率 燃烧持续期的上限值 ，超过这 个限制则 G一 会快速上升。 1 ． 3 C NG 1 ． 5 C NG _ 凸 - 1 ． 3 2 0 ％H2 】 ．5 2 0 ％H 2 ． - 1 ． 4 C N G ’ L - 1 ．6 C NG --0 - - 2 1 ． 4 2 0 ％H 2 1 ． 6 2 0 ％H 2 2 O 2 5 3 O 3 5 4 0 4 5 5 0 点火提前角 a ／ 。 图 7 0 ～l 0 ％ 质量燃烧率 燃烧持续期与点火提前角 及过量空气系数的关系 在图 7中还可以看出， 0 ～1 0 ％燃烧 持续期总是 随着点火提前角的减小而减小，并没有像预期的那 样在最佳点火提前角点处出现最小值 。这说明缩短 0 ～1 0 ％燃烧持续期还不是降低循环变动的充分条 件。因为如图 7所示，推迟点火时间总是可 以缩短 0 ～1 0 ％燃烧持续期， 但是循环变动却不总是随着点 火 时间的推迟而减小，如图 4所示。合理的解释是 点火过分推迟后，虽然 0 ～1 0 ％燃烧持续期得 以缩 短，但后续 的燃烧却变慢 了，造成整个燃烧持续期 变长， 从而增大了燃烧循环变动。 图 8给出了 1 0 ％～ 9 0 ％燃烧持 续期与点火提前 角和过量空气系数 的 关系。 - _ 2 1 ． 3 C NG ． _ _ 1 ． 4 C NG - o 一2 1 ． 3 2 0 ％H2 _ o _ 1 ． 4 2 0 ％H2 1 ． 5 C NG L - 1 ． 6 C NG 点火提前角a ／ 。 图 8 1 0 ％9 0 ％燃烧持续期与点火提前角及过量 空气系数的关系 从 图 8 中可 以看 出，当点火 提前 角推后 时 1 0 ％9 0 ％燃烧持续期会有 明显上升，这主要是 由 于推后的点火使得相当一部分燃烧都在温度压力较 低的膨胀冲程中进行，这是不利于燃烧的快速结束 的，造成部分后燃。延长的燃烧持续期也后使得燃 烧的变动加大，图9给出了 1 0 ％ - 9 0 ％燃烧持续期 的循环变动系数与点火提前角和过量空气系数的关 强 M 如 勰 加 一 羲 鼗鬟篓 8_l 0 1 0 5 0 5 O 2 2 ， O 筮臀 姆 如 勰 加 。 一 豢撩靶 饕 。 。 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 马 凡华 等稀燃天然气掺氢 发动机循环变动 的试验研 究 系。可 以看出，随着点火的推迟 ，1 0 ％9 0 ％燃烧 法r 】 。 持续期的变动也加大 ，A A 等[ 1 l 】 指 出平均指示 一 l I 3 c NG 一 1 ． cN G 压力与 1 0 ％9 0 ％燃烧持续期密切相关 ，所 以这被 一 1 ．3 2 0 ％H 2 一 1 4 2 0 ％ H 2 认为是造成 C i 印上升的重要原因之一。 ⋯ 一 - - a - - - 2 _1 _ I ． 5 5 2 C o N ％ G H ， _ 。 ’ 五 1 ． 3 C NG 1 ．3 2 0 ％H2 ． r _ I ．5 C NG -- - - 2 1 ．4 t C NG 1 ． 4 2 0 ％H2 1 2 1 6 C NG 点火提前角a ／ 。 图 9 1 0 ％9 0 ％燃烧 持续期循环变动与 点火提前角及 过量空气系数 的关系 从图 7 49还可以看出掺氢不仅能够缩短火焰 发展期 质量燃烧率 0 ～1 0 ％ ，还可 以加速快速燃烧 期 质量燃烧率l 0 ％～9 0 ％ 。此外 ，掺氢还可 以大幅 度地降低快速燃烧期的循环变动，实现更稳定的燃 烧 。掺氢 的这些优势在燃用更稀的混合气时更为 明 显 ，这使得掺氢成为一种降低超稀燃 C NG 发动机 循环变动的有效方法 。 2 ． 3 排放数据的分析 近年来，发动机 的尾气排放污染 已越来越被人 们重视 ，因此在得出掺氢是减低稀燃 C NG 发动机 循环变动 ，提高其稀燃极限的有效方法之前需要对 掺氢对发动机排放 的影响做出一定的评估。因为如 果掺氢对循环变动 的降低是 以牺牲排放性能为代价 的，则这种方法的有效性和可用性就需要进一步讨 论 了 。 图 1 0给 出了发动机 NO x 比排放值与点火提前 角和过量空气系数的关系。从图 1 0中可以看 出，当 点火提前角和过量空气系数一定的时候 ，掺氢实际 上增加 N 的排放，这主要是由于掺氢后燃烧速度 提高，着火落后期缩短从而导致缸内温度得 以提 高 所致 。但是，如 图 1 1 所示，如果在各 自最佳点火提 前角点时进行 比较 ， N 的排放在燃用 HC NG和燃 用纯 C NG 燃料 时差别并不大 。这主要是掺氢后由 于燃烧速度 的增加使得最佳 点火提前角 点有所推 迟，而推迟 的点火时间有助于降低缸 内燃烧温度从 而降低 N 排放。此外 ，由上所述，掺氢可 以明显 在保证循环变动在一定水平 内的同时较明显的拓宽 发动机的稀燃极 限，使发动机在燃料更稀的工况下 稳定工作 ，而稀薄燃烧也是控制 N 排放的重要方 点火提前角 a ／ 。 图 1 0 N 比排放值与掺氢比、点火提前角及过量空气 系数的关系 J ． 4 1 ．5 1 ． 6 过量空气系数 图 l 1 最佳点火提前角点时NO x 比排放值与过量空气 系数 的关系 除 了 N 排放 以外 ，HC排放也是一个重要方 面 。 图 1 2给 出了最佳点火提前角点时掺氢对 HC比 排放的影响。从图 1 2中可 以看出， 掺氢可以大幅度 地 降低 HC排放 。这主要是由于掺氢可 以减小火焰 淬熄距离及不完全燃烧所致 ，此外，掺氢后燃料 中 的 H／ C比增加也是一个重要因素。 1 ． 4 1 ． 5 1 ． 6 过量空气系数 图 1 2 最佳点火提前角点时NO x 比排放值与过量 空气系数的关系 加 5 0 一 卜 』 事 ． 昱 ／ 。 餐奄 0 z 加 博 m 6 4 一 。 ／ 竣 晕 } 餐 o 6 0 0 一 加 m 5 O 一 1 l ￡ ． 至一 ． ∞ ／ 0 z 耧一 } f 0 z 8 7 6 5 4 3 2 ● O 一 ． _ I 1 ． K 互v ． ∞ ／ u } { 餐嚣 u } { 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 机械工程学报 第 4 6卷第 6期 总的来说，掺氢在带来更低的循环变动的同时 也有利于排放的控制 ，但是掺氢也不是一个完美 的 技术方案 ，虽然它有很多优点，也要对它带来的问 题予 以充分的重视。首先 ，由于氢气的体积热值较 低， 掺氢之后发动机的体积热值会有所降低 。 其次， 氢气所需的点火能量较小，这使得掺氢后尤其是高 比例掺氢后发动机可能会出现早燃和回火的问题。 第三，掺氢后燃烧速率加快 ，缸内的压力升高率会 增 加 ，可 能会 导致 发动 机 工作 噪声 和 振动 的增 加[ 1 3 ] 。但是，在掺氢 比较低的时候，如上面试验中 采用的 2 0 ％体积掺氢 比时，上述 问题表现的不明显 而同时循环变动却可以得到明显降低，因此可以看 出掺氢确实是一种有效地降低发动机循环变动 ，拓 宽稀燃极限的方法。 3 结论 1 掺氢可以同时降低 C i e p 和 C p ， 但是随着 点火提前角的变化 ，C i 和 C p 呈现出不同的变 化规律。例如，当点火逐渐提前时，C D a x 持续下降 而 C 则在到达最佳点火提前角后开始上升。 f 2 掺氢能够降低发动机循环变动的优势在混 合气越稀的情况下表现的越明显。掺氢是提高超稀 燃发动机工作稳定性的有效方法。 3 掺氢可 以同时缩短火焰发展期和火焰传播 期，降低火焰传播期的循环变动 ，对降低循环变动 系数是有利的。 4 当过 量空气 系数和 点火提前 角一定 的时 候，掺氢会提高发动机 NO 的排放，但是由于掺氢 提高了燃烧速度 ，最佳点火提前角点火提前角有所 减小，而这对降低 N 排放是有利的。在最佳点火 提前角点时， 掺氢对 N 排放的影响就并不明显了。 同时，掺氢可以较 明显地降低发动机的 HC排放。 参考文献 [ 1 】MA F a n h u a ， WAN G Y u ． S t u d y o n t h e e x t e n s i o n o f l e a n o p e r a t i o n l i mi t t h r o u g h h y d r o g e n e n r i c h m e n t i n a n a t u r a l g a s s p a r k i g n i t i o n e n g i n e [ J ] ．I n t ．J ．Hy d r o g e n E n e r g y , 2 0 0 8 ， 3 3 1 4 1 6 - 1 4 2 4 ． 【 2 ]B A UE R C G ， F O R E S T T W E ff e c t o f h y dro g e n a d d i t i o n o n the p e r f o r ma n c e o f me t h a n e - f u e l e d v e h i c l e s ．P a r t I E ff e c t o n S ． I ．e n g i n e p e r f o rm a n c e [ J ] ．I n t ．J ． Hy dro g e n En e r g y , 2 0 0 1 ， 2 6 5 5 7 0 ． f 3 】WA NG J a n h u a ，HU ANG Z u o h u a ，F A NG Y u ，e t a 1 ． C o mb u s t i o n b e h a v i o r s o f a d i r e c t i n j e c t i o n e n g i n e o pe r a t i ng o n va r i o us fra c t i o ns o f na t u r a l ga s h ydrog e n b l e n d s [ J ] ． I n t ． J ． H y d r o g e n E n e r gy, 2 0 0 7 ， 3 2 1 5 3 5 5 5 3 5 6 4 ． [ 4 ]P OR P A T H AM E ，R AME S H A，NA GA L I NG AM B． Eff e c t o f h y dro g e n a d d i t i o n o n t h e p e r f c Ir ma n c e o f a b i o g a s fue l l e d s p ark i gni t i o n e n g i n e [ J ] ． I n t ． J ． Hy dro g e n E n e r g y , 2 0 0 7 ， 3 2 1 2 2 0 5 7 - 2 0 6 5 ． [ 5 】WA NG J i n h u a ， C HE N H a o ， L I U B i n g ， e t a 1 ． S tud y o f c y c l e -- b y -- c y c l e v ari a t i o n s o f a s p a r k i g n i t i o n e n g i n e fue l e d wi m n a t u r a l g a s h y dro g e n b l e n d s [ J ] ．I n t ．J ．Hy dro g e n E n e r g y , 2 0 0 8 ， 3 3 4 8 7 6 4 8 8 3 ． [ 6 ]B R OWN A G， S T 0 NE C R ， B E C KWI T H E Cy c l e - -b y c y c l e v a r i a t i o n s i n s p ark i gn i t i o n e n g i n e c o mb u s t i o n - p a r t 1 F l a me s p e e d and c o mb u s t i o n me a s u r e me n t s an d a s i mp l i fie d t u r b u l e n t c o mb u s ti o n mo d e l [ R ] ． S AE 9 6 0 6 1 2 ， 1 9 9 6 ． [ 7 ]李兴虎，蒋德明，沈惠贤．火花点火发动机压力循环变 动 的评 价 方 法研 究【 J ] ．内燃 机 学报 ，2 0 0 0 ， 1 8 2 1 7l 一 1 7 4． L I Xi n g h u ，ⅡANG De mi n g ，S HE N Hu i x i a n ．S tud y o n e v a l u a t e d me t h o d s o f p r e s s u r e c y c l i c v a r i a ti o n i n s p ark i gni t i o n e n g i n e s [ J ] ． T r a n s a c t i o n s o f C s i c e ， 2 0 0 0 ，1 8 2 1 71 ． 1 7 4． [ 8 】K E C K J C ， H E Y W00 D J B ． E a r l y fl a me d e v e l o p me n t an d b u r n i n g r a t e s i n s p ark i g n i t i o n e n g i n e s an d t h e i r c y c l i c v a r i a b i l i t y [ R ] ． S AE 8 7 0 1 6 4 ， 1 9 8 7 ． [ 9 ]R O B I N E T C ， AN DR Z E J E WS KI J ， HI G E L 1 N P ． C y c l e - t o c y c l e v a r i a t i o n s tud y o f a n S I e n g i n e fi r e d b y s p a r k p l u g a n d a n o n c o n v e n t i o n a l d e v i c e [ R ] ．S A E 9 7 2 9 8 6 ， l 9 97． [ 1 0 ]T U LL Y E J ， HE Y WO OD J B ． L e an b u m c h a r r a c t e r i s t i c s o f a g a s o l i n e e n g i n e e n r i c h e d wi 廿 l h y dro g e n fra c t i o n fro m a p l a s ma t r o n fue l r e f o r me r [ R ] ． S AE 2 0 0 3 - 0 1 - 0 6 3 0 ． 2 0 0 3 ． [ 1 1 ]A Y A L A F A， G E I U Y M D， H E Y Wo OD J B ． E ff e c t s o f c o mb u s t i o n p h a s i n g ，r e l a ti v e a i r - fu e l r a ti o ，c o mp r e s s i o n