● 摘要
氢气被认为是最有潜力的发动机替代燃料，天然气掺氢混合燃料是氢气在发动机上应用最有前途和最具可行性的方式之一。本文在EQD210N－20发动机基础上进行掺氢燃烧实验，对天然气掺氢发动机的燃烧特性进行详细分析。分析了点火提前角、当量比和掺氢比对天然气掺氢发动机指示热效率、燃烧过程和燃烧特征参数以及排放性能的影响。结果表明掺氢可以提高指示热效率，降低CH4排放；在相同点火提前角及当量比下，随着掺氢比的增加，NOx排放增加，高掺氢比的HCNG燃料需采用更稀薄的燃烧方式才能降低NOx排放；随掺氢比的增大，应推迟点火提前角。通过选择合适的计算公式对天然气掺氢发动机的层流火焰速度进行了计算，分析了掺氢对混合燃料层流火焰速度的改善程度，进而分析了在不同掺氢比例下，各种因素对层流火焰速度的影响程度是不同的。结果表明掺氢比例越小，改变当量比和温度对层流火焰速度的影响程度越小。研究掺氢对天然气发动机循环变动的影响，从循环变动表征参数出发，考察了掺氢对循环变动的影响；分析了当量比、点火提前角和掺氢比对循环变动的影响；分析了不同参数循环变动系数之间的相关性；分析了不同掺氢比下燃烧初期循环变动对后期循环变动的影响。结果表明掺氢可以降低天然气发动机的循环变动。研究了掺氢比对天然气发动机稀燃极限的拓宽程度以及天然气掺氢发动机在稀燃条件下的燃烧特性。结果表明掺氢可以明显拓宽天然气发动机的稀燃极限；平均指示压力循环变动系数为2%时对应着固定大小的火焰发展期，最高指示热效率对应着固定大小的快速燃烧期，不受掺氢比大小的影响。研究了基于缸压的最佳点火提前角确定方法，结果表明净压力二次导数法、压力峰值位置法和50%MFB位置法都可以应用于天然气掺氢发动机最佳点火提前角的判定，为点火提前角闭环控制和独立点火控制系统提供基础。初步分析了本发动机的缸间差异现象，以1、2缸平均指示压力为对象，分析了缸间差异的影响因素。结果表明对于实验工况，1缸的平均指示压力小于2缸，而1缸的平均指示压力循环变动系数则大于2缸；点火提前角、当量比、进气压力和转速及掺氢比等对缸间差异都有一定的影响。