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氫燃料發(fā)動機(jī)排放測試系統(tǒng)解決方案

來源：四方光電（武漢）儀器有限公司 2025年06月13日 10:34

1. 氫燃料發(fā)動機(jī)的發(fā)展趨勢

氫能作為零碳清潔能源，兼具環(huán)境效益與戰(zhàn)略價值：其燃燒產(chǎn)物僅為水，可實(shí)現(xiàn)真正的零二氧化碳排放，同時顯著降低對化石燃料的依賴。2025年1月1日，《中華人民共和國能源法》正式實(shí)施，將氫能納入國家能源體系，標(biāo)志著我國氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)入規(guī)范化發(fā)展的新階段。

當(dāng)前氫燃料交通技術(shù)主要分為兩條路徑：

• 氫內(nèi)燃機(jī)汽車（H2ICE）：在燃料電池成本高、技術(shù)尚不成熟的背景下，H2ICE憑借與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的兼容性，成為商用車及非道路機(jī)械領(lǐng)域的過渡優(yōu)選。

• 燃料電池汽車（FCV）：長期來看仍是解決方案。

行業(yè)動態(tài)顯示，國內(nèi)外企業(yè)已加速H2ICE產(chǎn)業(yè)化布局。例如，2024年11月14日，由中汽研（天津）牽頭啟動了氫內(nèi)燃機(jī)實(shí)車示范項(xiàng)目，旨在驗(yàn)證其安全性、動力性及環(huán)保性。

政策層面，生態(tài)環(huán)境部于2025年3月21日發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)《重型柴油車污染物排放限值及測量方法（zhongguodi六階段）》（GB 17691-2018）修改單（征求意見稿），新增氫燃料點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)，為行業(yè)提供了明確的監(jiān)管框架。

2. 技術(shù)挑戰(zhàn)與檢測需求

氫燃料內(nèi)燃機(jī)的開發(fā)面臨三大核心挑戰(zhàn)：

•燃燒優(yōu)化：氫氣燃燒速度快，需精準(zhǔn)控制空燃比以避免爆震。

•后處理系統(tǒng)：需針對性開發(fā)NOx減排技術(shù)。

•安全性：氫氣泄漏風(fēng)險要求高靈敏度監(jiān)測。

關(guān)鍵檢測需求：實(shí)時量化燃燒產(chǎn)物（如H?、NOx、NH?等），以優(yōu)化性能并滿足排放法規(guī)。

3. 解決方案：氫燃料發(fā)動機(jī)排放測試系統(tǒng)

四方儀器推出集成化測試方案，覆蓋從氫氣濃度到顆粒物的全參數(shù)檢測，符合歐7、國六及未來國七排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.1系統(tǒng)構(gòu)架

3.2氫氣分析儀

核心優(yōu)勢：

• 電子轟擊電離質(zhì)譜（EIMS）、激光拉曼或TDLAS原理，精度達(dá)ppm級

• 全自動進(jìn)樣，無需預(yù)處理

• 寬動態(tài)量程（0-100% H?）

技術(shù)參數(shù)：

測量氣體	H2
測量原理	電子轟擊電離質(zhì)譜(EIMS)、激光拉曼或TDLAS
測量范圍	0-50000 ppm，0-100 %
響應(yīng)時間	T10-90＜1s
準(zhǔn)確度	≤±1.0%FS
重復(fù)性	≤±1.0%FS

3.3 激光光譜分析系統(tǒng)

核心優(yōu)勢：

• 耐190℃高溫氣室，解決NH?冷凝難題

• 多反射腔設(shè)計，響應(yīng)時間＜2.5秒

• 同步檢測NH?/N?O，滿足歐7超低排放要求

技術(shù)參數(shù)：

測量氣體	NH3	N2O
測量原理	TDLAS	TDLAS
測量范圍	0-2000 ppm	0-2000 ppm
響應(yīng)時間	T10-90＜2.5s
準(zhǔn)確度	≤±2.0%RS或≤±0.3%FS
重復(fù)性	≤±0.5%FS

3.4 顆粒數(shù)量分析系統(tǒng)

核心優(yōu)勢：

• 兩級可變比例稀釋（VPR），適應(yīng)高濃度尾氣

• 凝結(jié)核計數(shù)器（CPC），檢測下限擴(kuò)展至10nm

技術(shù)參數(shù)：

粒徑范圍	＞23nm	＞10nm
計數(shù)效率	23 nm：50% ±12 % 41 nm：＞90%	10 nm：65% ±15 % 15nm：＞90%
測量原理	凝結(jié)核粒子計數(shù)
CPC測量范圍	0-100000 #/cm3
CPC測量精度	≤±10%RS
響應(yīng)時間	T90＜5s

3.5 發(fā)動機(jī)排放測試系統(tǒng)

全能型方案：

• 檢測組分：THC、CH?、NOx、CO、CO?、O?

• 技術(shù)組合：NDIR（非分光紅外）+CLD（化學(xué)發(fā)光）+HFID（氫火焰離子化）

• 適用場景：全流稀釋/原始尾氣、EGR率測量、多路采樣

技術(shù)參數(shù)：

氣體組分	THC	CH4	NOx	CO	CO2	O2
測量原理	HFID	NMC-FID	NDUV/CLD	NDIR	NDIR	MPD
最小量程	0-10 ppmC	0-10 ppmC	0-10 ppm	0-50 ppm	0-0.5%	0-1%
最大量程	0-30000 ppmC	0-3000 ppmC	0-10000 ppm	0-10%	0-20%	0-25%
響應(yīng)時間	T10-90＜2.5s
準(zhǔn)確度	≤±2.0%RS或≤±0.3%FS
重復(fù)性	≤±0.5%FS

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