為了解決由車用發(fā)動機排放造成的環(huán)境污染問題和日益嚴峻的能源問題，世界各國在制定各種嚴格的車輛排放法規(guī)來規(guī)范汽車生產(chǎn)和使用的同時，開始大力發(fā)展代用燃料汽車。由于天然氣在資源和成本等方面的優(yōu)勢，所以天然氣汽車迅速發(fā)展起來，汽車改裝、天然氣儲存及加氣站的全套技術也日趨成熟。與汽油相比，用天然氣作為汽車發(fā)動機燃料，不僅可以節(jié)約石油資源，降低燃料費用，而且作為一種清潔燃料，可以大大降低環(huán)境污染。在天然氣發(fā)動機中采用電子控制多點順序噴射、稀燃閉環(huán)控制及高能電子點火等先進技術是天然氣發(fā)動機技術的發(fā)展方向。其中燃料噴射、高能電子點火、稀燃技術和點火控制等方面是發(fā)動機研究的主要內(nèi)容；是保證天然氣發(fā)動機正常工作的基礎和提高其各方面性能的關鍵，因此有必要對這方面進行研究。

　　　二、電控CNG發(fā)動機性能臺架試驗研究

　　試驗是發(fā)動機性能開發(fā)的重要手段，為了探索電控CNG發(fā)動機在燃料噴射和點火方面的控制規(guī)律、開發(fā)性能優(yōu)良的稀燃系統(tǒng)，確定最優(yōu)的控制參數(shù)等進行了大量的發(fā)動機臺架對比試驗。下面就電控CNG發(fā)動機性能的部分臺架試驗結果進行簡單的分析。

　　（一）試驗發(fā)動機的主要性能參數(shù)

　　試驗機型是以濰坊柴油機廠生產(chǎn)的WT615型柴油機為基礎研制的電控增壓單一燃料壓縮天然氣發(fā)動機。該天然氣發(fā)動機主要性能指標和結構參數(shù)見表1。

　　（二）噴射定時試驗

　　電控天然氣噴射系統(tǒng)所控制的參數(shù)有噴射提前角和噴射脈寬，噴射提前角是從噴射開始時刻到進氣沖程上止點曲軸轉過的角度，該參數(shù)的選擇對發(fā)動機的性能有一定影響。

　　本實驗分別在1400r/min和1800r/min，調(diào)節(jié)噴射延遲角，測量發(fā)動機的功率、燃氣消耗率，NOx和HC，結果如圖1所示。

　　1．噴射延遲角過大時，發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和排放性都明顯下降。在低速工況下，噴射延遲角過大時，發(fā)動機的經(jīng)濟性和動力性有所下降，經(jīng)濟性下降比較明顯。

　　2．低速工況下，在噴射延遲角400之后，HC排放量和燃油消耗率急劇增加，而NOx逐漸減小。這主要是因為噴射延遲角過大，燃料燃燒不完全，缸內(nèi)溫度低，功率低，所以，HC排放量和燃油消耗率急劇增加，NOx逐漸減小。高速工況下，NOx和HC的排放量在延遲角300左右達到最大。

　　3．在1400r/min同一轉速下，噴射脈寬增加0.6ms時，如圖1（b），NOx急劇增大，功率上升5kW，而其他性能參數(shù)變化較小，說明噴射脈寬較大時，混合氣濃度較濃，燃燒溫度急劇上升，從而生成大量的NOx。

　　本天然氣發(fā)動機是進氣歧管噴射方式，由于存在一段進排氣門同時開啟的氣門重疊角，如果噴射開始時刻過早，在掃氣過程中有一部分混合氣進人排氣管，這不僅使天然氣消耗量增加，還會導致發(fā)動機排放惡化，且進入炙熱排氣管的混合氣還有可能在排氣管內(nèi)燃燒，使進人增壓的廢氣溫度增高。如果噴射停止時刻晚于進氣門關閉時刻，則會在進氣管中積存天然氣，可能產(chǎn)生回火現(xiàn)象。本文所使用的發(fā)動機進氣門開啟時刻在上止點前2°，排氣門關閉時刻在上止點后5°。根據(jù)實驗結果分析和考慮噴射開啟本身具有一定的時滯，所以將天然氣進氣時刻定位進氣門開啟時刻。

　　在點火能量的試驗中，分別選取1250r/min，1400r/min和1800r/min的轉速，點火能量從41～400W，分析其對功率，HC和CO的影響情況，如圖2所示，從圖2中可以看出：

　　1．對本文研究的天然氣發(fā)動機，在點火能量大于41mJ以后，發(fā)動機能穩(wěn)定工作，繼續(xù)增大點火能量，在轉速為1400r/min，節(jié)氣門開度75%時，發(fā)動機的功率下降7kW，而HC急劇下降。在轉速為1400r/min，節(jié)氣門開度50%時，HC有上升的趨勢。

　　2．在各個工況下，點火能量的變化對CO的排放和功率的影響較小。

　　3．在大負荷或高速工況下，點火能量較小時HC排放會上升。

　　綜合經(jīng)濟性、動力性和排放性，在低速或低負荷下，天然氣發(fā)動機的較佳點火能量范圍在41～84mJ；在大負荷下和高速工況下，較佳的點火能量范圍為110～160mJ。在此基礎上確定了各工況下點火初級線圈優(yōu)化的通電時間。根據(jù)實驗結果，本系統(tǒng)將初級線圈的通電時間控制在約5ms，從而保證發(fā)動機的點火能量E大于140mJ。

　　（四）稀薄燃燒試驗

　　在稀薄燃燒的試驗中，分別在1400r/min和1800r/min時，部分負荷時，過量空氣系數(shù)（間從1.2變化到1.65時，分析其功率、燃氣消耗率，NOx和HC的影響情況，如圖3所示，從圖3中可以看出：

　　1．稀燃對于發(fā)動機經(jīng)濟性和動力性有明顯影響。當過量空氣系數(shù)為1.5時，燃料消耗量最低，發(fā)動機輸出功率最大。

　　2．NO二排放量最大值所對應的過量空氣系數(shù)為1.3～1.4，并隨著過量空氣系數(shù)增加而降低，主要是過量空氣系數(shù)增加，缸內(nèi)燃燒的溫度降低，進而NOx降低。

　　3．HC排放隨著過量空氣系數(shù)增大而增大，在過量空氣系數(shù)大于1.5以后開始急劇增加，主要是因為稀燃，燃料燃燒不完全所致。研究表明，天然氣發(fā)動機HC排放物的主要成分是未燃燒的甲烷，而甲烷燃燒溫度高，很難氧化。

　　三、小結

　　1．從噴射定時試驗的數(shù)據(jù)分析中可以看出，在噴射延遲角過大時，發(fā)動機的功率下降，HC的排放量升高，燃油消耗率升高，所以發(fā)動機的噴射延遲角應小些為宜。

　　2．綜合經(jīng)濟性、動力性和排放性，在低速或低負荷下，滿足發(fā)動機穩(wěn)定工作的前提下，天然氣發(fā)動機較佳的點火能量小些，在大負荷下和高速工況下，較佳的點火能量比較大些。

　　3．從試驗結果中可以看出，最佳的過量空氣系數(shù)在約1.5。

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