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(shù)也日趨成熟。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(yán)峻的能源問題，世界各國在制定各種嚴(yán)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。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(jìn)技術(shù)是天然氣發(fā)動機技術(shù)的發(fā)展方向。其中燃料噴射、高能電子點火、稀燃技術(shù)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(chǔ)和提高其各方面性能的關(guān)鍵，因此有必要對這方面進(jìn)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(jìn)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(jié)果進(jìn)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(chǔ)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(biāo)和結(jié)構(gòu)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(jìn)氣沖程上止點曲軸轉(zhuǎn)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?xì)庀穆剩?/SPAN>NOx和HC，結(jié)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(jì)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(jì)性和動力性有所下降，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(dá)到最大。
3．在1400r/min同一轉(zhuǎn)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(jìn)氣歧管噴射方式，由于存在一段進(jìn)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(jìn)人排氣管，這不僅使天然氣消耗量增加，還會導(dǎo)致發(fā)動機排放惡化，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。如果噴射停止時刻晚于進(jìn)氣門關(guān)閉時刻，則會在進(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)動機進(jìn)氣門開啟時刻在上止點前2°，排氣門關(guān)閉時刻在上止點后5°。根據(jù)實驗結(jié)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(jìn)氣時刻定位進(jìn)氣門開啟時刻。
（三）點火能量的試驗
在點火能量的試驗中，分別選取1250r/min，1400r/min和1800r/min的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(fù)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(jì)性、動力性和排放性，在低速或低負(fù)荷下，天然氣發(fā)動機的較佳點火能量范圍在41～84mJ；在大負(fù)荷下和高速工況下，較佳的點火能量范圍為110～160mJ。在此基礎(chǔ)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(jié)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(fù)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?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．稀燃對于發(fā)動機經(jīng)濟(jì)性和動力性有明顯影響。當(dāng)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(yīng)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(jìn)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(jié)
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(yīng)小些為宜。
2．綜合經(jīng)濟(jì)性、動力性和排放性，在低速或低負(fù)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(fù)荷下和高速工況下，較佳的點火能量比較大些。
3．從試驗結(jié)果中可以看出，最佳的過量空氣系數(shù)在約1.5。
（轉(zhuǎn)載）
