氫-汽油混合燃料對(duì)汽油機(jī)性能和排放的影響

隨著化石能源消耗的不斷增加，氫燃料以其優(yōu)越的熱物理特性和較少的污染物排放，成為替代化石能源最具潛力的燃料。由于氫燃料存儲(chǔ)和添加方法的限制，使其還不能直接應(yīng)用在結(jié)構(gòu)未經(jīng)修改的汽油機(jī)上，而專門開發(fā)出的氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)成本又較高。對(duì)此，多將氫燃料與汽油混合形成混合燃料，應(yīng)用在常規(guī)汽油機(jī)上，而氫燃料的混合比例對(duì)汽油機(jī)性能和排放的影響較大，通過試驗(yàn)對(duì)這種影響進(jìn)行分析。

試驗(yàn)采用一臺(tái)4缸4沖程多點(diǎn)噴射汽油機(jī)，并將其安裝在渦流測(cè)功機(jī)上。采用1個(gè)承壓能力為20MPa的儲(chǔ)氫罐進(jìn)行氫燃料的存儲(chǔ)，并采用兩級(jí)調(diào)節(jié)器控制氫燃料的供應(yīng)。試驗(yàn)時(shí)，控制氫燃料的供應(yīng)比例分別為0、2%、4%、6%、8%和10%。針對(duì)每一種氫燃料供應(yīng)比例，分別進(jìn)行轉(zhuǎn)速2000r/min、2500r/min、3000r/min和3500r/min下節(jié)氣門全開時(shí)的燃燒試驗(yàn)。針對(duì)每一種試驗(yàn)情況，采用廢氣排放分析儀測(cè)量相應(yīng)的污染物排放，并利用燃油流量計(jì)測(cè)量相應(yīng)的有效燃油消耗。同時(shí)，采用缸內(nèi)壓力傳感器測(cè)量缸內(nèi)壓力，并利用缸內(nèi)壓力計(jì)算有效功率和有效熱效率。對(duì)比不同試驗(yàn)情況下的測(cè)量結(jié)果發(fā)現(xiàn)：①與不使用氫燃料汽油機(jī)相比，使用氫燃料能夠增加汽油機(jī)的有效功率，當(dāng)氫燃料比例為8%、轉(zhuǎn)速為3500r/min時(shí)，有效功率增加最多為24.6kW，增加了11.8%；②隨著氫燃料比例的不斷增加，汽油機(jī)的有效熱效率先增加后減少，氫燃料比例增加到8%，轉(zhuǎn)速3000r/min時(shí)，有效熱效率增加最多，為5.78%；③使用氫燃料能夠改善汽油機(jī)的有效燃油消耗，當(dāng)氫燃料比例10%、轉(zhuǎn)速3500r/min時(shí)，汽油機(jī)有效燃油消耗改善最多，為4.42%；④使用氫燃料能夠減少汽油機(jī)CO和HC排放，當(dāng)氫燃料比例為10%、轉(zhuǎn)速為3500r/min時(shí)，汽油機(jī)CO和HC排放減少最多，分別為16.33%和13.48%；⑤但是，使用氫燃料使汽油機(jī)的NOx排放增加，當(dāng)氫燃料比例為10%、轉(zhuǎn)速為3500r/min時(shí)，汽油機(jī)NOx排放增加最多，為16.8%。

Parashuram R Chitragaret al.SAE2017-26-0063.

編譯：王淼