由于天然氣在資源和成本等方面的優(yōu)勢(shì)，所以天然氣汽車(chē)迅速發(fā)展起來(lái)，汽車(chē)改裝、天然氣儲(chǔ)存及加氣站的全套技術(shù)也日趨成熟。為了解決由車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)排放造成的環(huán)境污染問(wèn)題和日益嚴(yán)峻的能源問(wèn)題，世界各國(guó)在制定各種嚴(yán)格的車(chē)輛排放法規(guī)來(lái)規(guī)范汽車(chē)生產(chǎn)和使用的同時(shí)，開(kāi)始大力發(fā)展代用燃料汽車(chē)。與汽油相比，用天然氣作為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，不僅可以節(jié)約石油資源，降低燃料費(fèi)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(dòng)機(jī)中采用電子控制多點(diǎn)順序噴射、稀燃閉環(huán)控制及高能電子點(diǎn)火等先進(jìn)技術(shù)是天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向。其中燃料噴射、高能電子點(diǎn)火、稀燃技術(shù)和點(diǎn)火控制等方面是發(fā)動(dòng)機(jī)研究的主要內(nèi)容；是保證天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的基礎(chǔ)和提高其各方面性能的關(guān)鍵，因此有必要對(duì)這方面進(jìn)行研究。

二、電控CNG發(fā)動(dòng)機(jī)性能臺(tái)架試驗(yàn)研究

試驗(yàn)是發(fā)動(dòng)機(jī)性能開(kāi)發(fā)的重要手段，為了探索電控CNG發(fā)動(dòng)機(jī)在燃料噴射和點(diǎn)火方面的控制規(guī)律、開(kāi)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(jìn)行了大量的發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架對(duì)比試驗(yàn)。下面就電控CNG發(fā)動(dòng)機(jī)性能的部分臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析。

（一）試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要性能參數(shù)

試驗(yàn)機(jī)型是以濰坊柴油機(jī)廠生產(chǎn)的WT615型柴油機(jī)為基礎(chǔ)研制的電控增壓?jiǎn)我蝗剂蠅嚎s天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)。該天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)主要性能指標(biāo)和結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表1。

（二）噴射定時(shí)試驗(yàn)

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(kāi)始時(shí)刻到進(jìn)氣沖程上止點(diǎn)曲軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度，該參數(shù)的選擇對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能有一定影響。

本實(shí)驗(yàn)分別在1400r/min和1800r/min，調(diào)節(jié)噴射延遲角，測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、燃?xì)庀穆剩?/SPAN>NOx和HC，結(jié)果如圖1所示。

1．噴射延遲角過(guò)大時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性都明顯下降。在低速工況下，噴射延遲角過(guò)大時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性有所下降，經(jīng)濟(jì)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?yàn)閲娚溲舆t角過(guò)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(dá)到最大。

3．在1400r/min同一轉(zhuǎn)速下，噴射脈寬增加0.6ms時(shí)，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(shuō)明噴射脈寬較大時(shí)，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(dòng)機(jī)是進(jìn)氣歧管?chē)娚浞绞?，由于存在一段進(jìn)排氣門(mén)同時(shí)開(kāi)啟的氣門(mén)重疊角，如果噴射開(kāi)始時(shí)刻過(guò)早，在掃氣過(guò)程中有一部分混合氣進(jìn)人排氣管，這不僅使天然氣消耗量增加，還會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)排放惡化，且進(jìn)入炙熱排氣管的混合氣還有可能在排氣管內(nèi)燃燒，使進(jìn)人增壓的廢氣溫度增高。如果噴射停止時(shí)刻晚于進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉時(shí)刻，則會(huì)在進(jìn)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(dòng)機(jī)進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟時(shí)刻在上止點(diǎn)前2°，排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)刻在上止點(diǎn)后5°。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析和考慮噴射開(kāi)啟本身具有一定的時(shí)滯，所以將天然氣進(jìn)氣時(shí)刻定位進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟時(shí)刻。

（三）點(diǎn)火能量的試驗(yàn)

在點(diǎn)火能量的試驗(yàn)中，分別選取1250r/min，1400r/min和1800r/min的轉(zhuǎn)速，點(diǎn)火能量從41～400W，分析其對(duì)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(duì)本文研究的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，在點(diǎn)火能量大于41mJ以后，發(fā)動(dòng)機(jī)能穩(wěn)定工作，繼續(xù)增大點(diǎn)火能量，在轉(zhuǎn)速為1400r/min，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度75%時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率下降7kW，而HC急劇下降。在轉(zhuǎn)速為1400r/min，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度50%時(shí)，HC有上升的趨勢(shì)。

2．在各個(gè)工況下，點(diǎn)火能量的變化對(duì)CO的排放和功率的影響較小。

3．在大負(fù)荷或高速工況下，點(diǎn)火能量較小時(shí)HC排放會(huì)上升。

綜合經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放性，在低速或低負(fù)荷下，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的較佳點(diǎn)火能量范圍在41～84mJ；在大負(fù)荷下和高速工況下，較佳的點(diǎn)火能量范圍為110～160mJ。在此基礎(chǔ)上確定了各工況下點(diǎn)火初級(jí)線圈優(yōu)化的通電時(shí)間。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本系統(tǒng)將初級(jí)線圈的通電時(shí)間控制在約5ms，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火能量E大于140mJ。

（四）稀薄燃燒試驗(yàn)

在稀薄燃燒的試驗(yàn)中，分別在1400r/min和1800r/min時(shí)，部分負(fù)荷時(shí)，過(guò)量空氣系數(shù)（間從1.2變化到1.65時(shí)，分析其功率、燃?xì)庀穆剩?/SPAN>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(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性有明顯影響。當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)為1.5時(shí)，燃料消耗量最低，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率最大。

2．NO二排放量最大值所對(duì)應(yīng)的過(guò)量空氣系數(shù)為1.3～1.4，并隨著過(guò)量空氣系數(shù)增加而降低，主要是過(guò)量空氣系數(shù)增加，缸內(nèi)燃燒的溫度降低，進(jìn)而NOx降低。

3．HC排放隨著過(guò)量空氣系數(shù)增大而增大，在過(guò)量空氣系數(shù)大于1.5以后開(kāi)始急劇增加，主要是因?yàn)橄∪?，燃料燃燒不完全所致。研究表明，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)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(jié)

1．從噴射定時(shí)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析中可以看出，在噴射延遲角過(guò)大時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率下降，HC的排放量升高，燃油消耗率升高，所以發(fā)動(dòng)機(jī)的噴射延遲角應(yīng)小些為宜。

2．綜合經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放性，在低速或低負(fù)荷下，滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作的前提下，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)較佳的點(diǎn)火能量小些，在大負(fù)荷下和高速工況下，較佳的點(diǎn)火能量比較大些。

3．從試驗(yàn)結(jié)果中可以看出，最佳的過(guò)量空氣系數(shù)在約1.5。

（轉(zhuǎn)載）