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氫燃料發動機排放測試系統解決方案

來源：四方光電（武漢）儀器有限公司 2025年06月13日 10:34

1. 氫燃料發動機的發展趨勢

氫能作為零碳清潔能源，兼具環境效益與戰略價值：其燃燒產物僅為水，可實現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》正式實施，將氫能納入國家能源體系，標志著我國氫能產業進入規范化發展的新階段。

當前氫燃料交通技術主要分為兩條路徑：

• 氫內燃機汽車（H2ICE）：在燃料電池成本高、技術尚不成熟的背景下，H2ICE憑借與傳統內燃機的兼容性，成為商用車及非道路機械領域的過渡優選。

• 燃料電池汽車（FCV）：長期來看仍是解決方案。

行業動態顯示，國內外企業已加速H2ICE產業化布局。例如，2024年11月14日，由中汽研（天津）牽頭啟動了氫內燃機實車示范項目，旨在驗證其安全性、動力性及環保性。

政策層面，生態環境部于2025年3月21日發布國家標準《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），新增氫燃料點燃式發動機排放標準，為行業提供了明確的監管框架。

2. 技術挑戰與檢測需求

氫燃料內燃機的開發面臨三大核心挑戰：

•燃燒優化：氫氣燃燒速度快，需精準控制空燃比以避免爆震。

•后處理系統：需針對性開發NOx減排技術。

•安全性：氫氣泄漏風險要求高靈敏度監測。

關鍵檢測需求：實時量化燃燒產物（如H?、NOx、NH?等），以優化性能并滿足排放法規。

3. 解決方案：氫燃料發動機排放測試系統

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檢測，符合歐7、國六及未來國七排放標準要求。

3.1系統構架

3.2氫氣分析儀

核心優勢：

• 電子轟擊電離質譜（EIMS）、激光拉曼或TDLAS原理，精度達ppm級

• 全自動進樣，無需預處理

• 寬動態量程（0-100% H?）

技術參數：

測量氣體	H2
測量原理	電子轟擊電離質譜(EIMS)、激光拉曼或TDLAS
測量范圍	0-50000 ppm，0-100 %
響應時間	T10-90＜1s
準確度	≤±1.0%FS
重復性	≤±1.0%FS

3.3 激光光譜分析系統

核心優勢：

• 耐190℃高溫氣室，解決NH?冷凝難題

• 多反射腔設計，響應時間＜2.5秒

• 同步檢測NH?/N?O，滿足歐7超低排放要求

技術參數：

測量氣體	NH3	N2O
測量原理	TDLAS	TDLAS
測量范圍	0-2000 ppm	0-2000 ppm
響應時間	T10-90＜2.5s
準確度	≤±2.0%RS或≤±0.3%FS
重復性	≤±0.5%FS

3.4 顆粒數量分析系統

核心優勢：

• 兩級可變比例稀釋（VPR），適應高濃度尾氣

• 凝結核計數器（CPC），檢測下限擴展至10nm

技術參數：

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

3.5 發動機排放測試系統

全能型方案：

• 檢測組分：THC、CH?、NOx、CO、CO?、O?

• 技術組合：NDIR（非分光紅外）+CLD（化學發光）+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

技術參數：

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%
響應時間	T10-90＜2.5s
準確度	≤±2.0%RS或≤±0.3%FS
重復性	≤±0.5%FS

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