Renewable and Sustainable Energy Reviews · 2018

天然气掺氢发动机的高效清洁燃烧

Application of hydrogen enriched natural gas in spark ignition IC engines: from fundamental fuel properties to engine performances and emissions

天然气掺氢可改善火焰传播并拓展发动机的稀薄燃烧范围，为提高效率和降低碳排放提供途径。综述将燃料基础特性与发动机性能、排放及运行参数联系起来，分析掺氢优势及其适用条件。

研究动机

天然气发动机的稀薄燃烧受火焰传播缓慢和循环波动限制，兼顾效率与排放仍需优化。掺入氢气可增强混合燃料的反应活性，但其收益取决于掺氢比例、燃烧条件与发动机标定。文章从燃料特性出发，讨论如何将掺氢的燃烧优势转化为实际发动机性能。

这是一篇聚焦天然气掺氢火花点火发动机的文献综述。文章首先梳理混合燃料的点火延迟、层流燃烧速度及可燃极限，再综合发动机实验中动力性、燃料经济性、循环波动与排放的变化。结合发动机数值模型，分析掺氢比例、空燃比、点火时刻及压缩比之间的耦合影响与优化需求。

氢气较低的点火能量和较快的燃烧速度有助于初始火核发展与火焰传播，改善稀薄燃烧稳定性并降低循环波动。拓展稀薄运行范围是天然气掺氢发动机实现高效、低排放的重要基础。
与纯天然气相比，掺氢通常有利于降低未燃碳氢化合物、CO 和 CO₂ 排放，但燃烧温度升高也可能增加 NOₓ。稀薄燃烧、点火时刻调整等措施需与掺氢协同优化，平衡效率与排放。
掺氢带来的效率与动力收益并非在所有工况下都相同：燃烧改善需与壁面散热及混合气体积热值变化综合权衡。最佳掺氢比例与发动机设计和运行条件有关，点火时刻、压缩比等参数应相应优化；过高掺氢还需关注早燃、爆震和回火。

Fuwu Yan, Lei Xu, Yu Wang

Renewable and Sustainable Energy Reviews · 2018 · 82(Part 1) · 1457–1488