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直喷发动机燃用天然气掺氢混合燃料的性能与排放

摘要：对缸内直喷火花点火发动机燃用天然气氢气混合燃料时的性能与排放进行了试验研究．研

究结果表明：在喷射脉宽一定的条件下，当天然气掺氢比例小时，平均有效压力和热效率有所下降，

当掺氢比例达到一定值(即氢的体积分数为5～10)后，平均有效压力和热效率增加，此现象在

稀混合气条件下更加明显，表明天然气掺氢对稀混合气燃烧过程的改善有显著作用；发动机HC和

CO的排放浓度随天然气中掺氢比例的增加而下降，原因是掺氢增加了混合燃料中氢碳的量的比

值和混合气过量空气系数；在稀混合气条件下，发动机的N的排放浓度随掺氢比的增加而有所

降低，C0的排放浓度基本上不随掺氢量的改变而改变．

关键词：天然气；氢气；性能；排放；缸内直喷；发动机

中图分类号：TK431．2文献标识码：A文章编号：0253—987X(2006)05—0522—05

PerformanceandEmissionsofaDirect-InjectionEngineFueledwith

NaturalGas／HydrogenBlends

WangJinhua，HuangZuohua，LiuBing，ZengKe，YuJinrong，JiangDeming

(StateKeyLaboratoryofMuhiphaseFlowinPowerEngineering，XianJiaotongUniversity，Xian710049，China)

Abstract：Anexperimentalstudywasconductedonperformanceandemissionsofadirect—injec—

tionsparkignitedenginefueledwithnaturalgas／hydrogenblends．Theresultsshowthatfora

fixedfuelinjectionduration，thebrakemeaneffectivepressureandeffectivethermalefficiency

woulddecreasewiththeadditionofhydrogeninnaturalgaswhenhydrogenadditionfractionis

smallandwouldincreasewiththeincreaseofhydrogenfractioninnaturalgaswhenhydrogen

fractionreachesupto5percentto10percent．Thisphenomenonismoreobviousinthecaseof

leancombustion，indicatingastronginfluenceofhydrogenadditiononleanmixturecombustion．

TheexhaustHCandC02decreasedwiththeincreaseofhydrogenfractioninnaturalgas，andthis

wouldbeduetotheincreaseinH／cratioandexcessiveairratio．Underthecircumstanceoflean

mixturecombustion，exhaustNdecreasedslightlywiththeincreaseofhydrogenadditionwhile

exhaustC0hadlittlevariationwithhydrogenaddition．

Keywords：naturalgas；hydrogen；performance；emissions；direct—injection；engine

寻找替代燃料和降低排放是当前内燃机研究的提高发动机的性能，降低发动机的排放[．由于氢

两个重要课题．天然气和氢气被人们认为是最有潜气制备成本和氢气发动机技术方面的原因，天然气

力的发动机的替代燃料．氢气燃烧速率快，通过向天掺氢将是氢能在内燃机上应用最有前途和最具可行

然气中掺混少量氢气可以提高混合气的燃烧速率，性的方式．

收稿日期：2005—08—18