氢-汽油混合燃料对汽油机性能和排放的影响

氢-汽油混合燃料对汽油机性能和排放的影响

随着化石能源消耗的不断增加，氢燃料以其优越的热物理特性和较少的污染物排放，成为替代化石能源最具潜力的燃料。由于氢燃料存储和添加方法的限制，使其还不能直接应用在结构未经修改的汽油机上，而专门开发出的氢燃料发动机成本又较高。对此，多将氢燃料与汽油混合形成混合燃料，应用在常规汽油机上，而氢燃料的混合比例对汽油机性能和排放的影响较大，通过试验对这种影响进行分析。

试验采用一台4缸4冲程多点喷射汽油机，并将其安装在涡流测功机上。采用1个承压能力为20MPa的储氢罐进行氢燃料的存储，并采用两级调节器控制氢燃料的供应。试验时，控制氢燃料的供应比例分别为0、2%、4%、6%、8%和10%。针对每一种氢燃料供应比例，分别进行转速2000r/min、2500r/min、3000r/min和3500r/min下节气门全开时的燃烧试验。针对每一种试验情况，采用废气排放分析仪测量相应的污染物排放，并利用燃油流量计测量相应的有效燃油消耗。同时，采用缸内压力传感器测量缸内压力，并利用缸内压力计算有效功率和有效热效率。对比不同试验情况下的测量结果发现：①与不使用氢燃料汽油机相比，使用氢燃料能够增加汽油机的有效功率，当氢燃料比例为8%、转速为3500r/min时，有效功率增加最多为24.6kW，增加了11.8%；②随着氢燃料比例的不断增加，汽油机的有效热效率先增加后减少，氢燃料比例增加到8%，转速3000r/min时，有效热效率增加最多，为5.78%；③使用氢燃料能够改善汽油机的有效燃油消耗，当氢燃料比例10%、转速3500r/min时，汽油机有效燃油消耗改善最多，为4.42%；④使用氢燃料能够减少汽油机CO和HC排放，当氢燃料比例为10%、转速为3500r/min时，汽油机CO和HC排放减少最多，分别为16.33%和13.48%；⑤但是，使用氢燃料使汽油机的NOx排放增加，当氢燃料比例为10%、转速为3500r/min时，汽油机NOx排放增加最多，为16.8%。

Parashuram R Chitragaret al.SAE2017-26-0063.

编译：王淼