天然气比例和压缩比对汽油机性能和爆震的影响

天然气比例和压缩比对汽油机性能和爆震的影响

天然气（NG）作为一种汽油替代燃料，吸引了众多研究人员的注意，尤其是在美国页岩气得到成功开采和应用之后。与标准汽油相比，NG具有较高的氢碳比（H/C），这将有利于减少汽油机使用产生的CO2排放。目前，受NG存储技术的限制，还不能利用NG完全替代标准汽油在汽油机中进行燃烧。因而，多将NG与标准汽油采用不同的喷射系统注入汽油机燃烧室中，形成可燃混合气在汽油机缸内燃烧。不同的NG混合比例和压缩比可能对汽油机的性能和爆震趋势产生影响。为了推广NG的应用，需要在不同NG混合比例和压缩比下，对汽油机的性能和爆震趋势进行分析。

试验首先对一台常规汽油机进行改造，将其改造为具有进气道端口喷射（PFI）和缸内直接喷射（DI）两种燃料喷射方式的测试汽油机。采用乙醇含量10%的E10汽油作为标准汽油燃料，采用PFI方式注入汽油机燃烧室中。采用高纯度甲烷作为天然气燃料，采用DI方式注入汽油机燃烧室中。试验时，设定DI喷射压力为 1.5MPa，PFI喷 射 压 力 为0.41MPa。采用德国Motec公司生产的MotecM800单轴控制器控制测试汽油机的点火正时。采用德国阿特拉斯（Atlas）公司生产的AtlasCopco空气压缩机提供压缩空气。试验控制NG混合比例分别为25%、50%、60%和75%，并采用10.5和12.5两种压缩比。试验控制汽油机转速为1500r/min，运行达到稳态时，采用奥地利李斯特（AVL）公司生产的AVL365X曲轴转角编码器记录曲轴转角，采用AVLGU21C压电式压力传感器测量缸内压力。结果显示：①与E10汽油相比，E10/NG混合燃料的抗爆震特性显著增强，且随着NG含量的增加抗爆震性能越高；NG含量为75%时，压缩比10.5下的缸内平均有效压力为1.15MPa，压缩比12.5下的缸内平均有效压力为0.9MPa，均能够满足汽油机所需的性能要求。

Michael Pamminger etal. SAE2017-01-0661.

编译：张振伟