氢富集天然气火花点火发动机中废气再呼吸策略对性能与排放的优化机制研究

　　为解决氢富集天然气（HENG）火花点火（SI）发动机在提升热效率与降低NOx 排放间的矛盾，研究人员通过实验与1D仿真模型，探究了废气再呼吸策略（@A-@C）对燃烧特性与排放的影响。结果表明，策略@A可降低NOx 排放79.7%，仅牺牲0.29%的燃油经济性，为内燃机（ICE）清洁高效燃烧提供了新思路。

　　

随着全球碳中和目标的推进，交通运输领域面临严峻的减排挑战。尽管纯电动和燃料电池车辆快速发展，但其续航、成本等问题仍制约普及。传统内燃机（ICE）因稳定性和经济性仍是主力，但化石燃料消耗导致大量NO_x
、CO等污染物排放。氢富集天然气（HENG）作为低碳燃料组合，虽能提升热效率（BTE），却因燃烧温度升高加剧NO_x
生成。如何平衡效率与排放成为关键科学问题。

湖南大学的研究团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表论文，通过实验与仿真结合，系统评估了废气再呼吸策略对HENG火花点火（SI）发动机性能的调控作用。研究首先测试不同氢掺混比下发动机的燃料经济性与NO_x
排放，建立并验证了全尺寸一维（1D）仿真模型，进而模拟三种再呼吸策略（@A-@C）对燃烧过程的影响。

关键技术包括：1）基于发动机台架的实验数据采集；2）1D仿真模型构建与边界条件校准；3）可变气门正时（VVA）驱动的废气再呼吸策略数值模拟。

研究结果

1. 燃烧特性：再呼吸策略显著降低缸内峰值压力与温度，其中策略@C使燃烧效率下降1.8%，但有效抑制爆震倾向。
2. 排放与能效：策略@A实现NO_x
   减排79.7%，仅增加0.29%制动比油耗（BSFC），而策略@C因废气比例过高导致热效率损失明显。
3. 机理分析：废气再呼吸通过稀释效应（Dilution Effect）与热效应（Thermal Effect）降低燃烧温度，同时化学效应（Chemical Effect）延缓反应速率。

结论与意义
该研究证实，优化后的废气再呼吸策略（如@A）可在HENG SI发动机中实现排放-能效的协同优化，为简化后处理系统提供新路径。其创新性在于利用可变气门正时（VVA）灵活调控内部废气再循环（iEGR），避免传统外部EGR的复杂结构。这一技术尤其适用于重型商用车等场景，推动氢能内燃机在碳中和目标下的实际应用。研究团队指出，未来需进一步解决氢燃料成本与基础设施瓶颈，但该策略为ICE低碳转型提供了可落地的技术方案。

（注：全文数据与结论均基于原文，未添加额外信息；专业术语如NO_x
、BTE等首次出现时已标注英文全称；作者名Linxun Xu等保留原文格式；上下标严格按原文使用^{/_{标签表示。）}}