CH4 是天然气的主要成分，辛烷值高达130[6]，因而具有良好的抗爆性，然而火焰传播速度小，燃烧速度慢;CO 为最为主要的可燃气体成分，但燃点较高;H2 相对于其他可燃气体而言，具有火焰传播速度快、易扩散以及传热能力强的特点，并且火焰传播速度随氧浓度的增加而提高[7]。生物质气化气中H2 的变化范围较大，在6%～10%间波动。H2 与空气混合的最大燃烧速度为2.80 m/s[8]，当氢气含量较高，过量空气系数较小时，缸内混合气的燃烧温度高，压力升高率大，将会导致部分未燃混合气的着火诱导期缩短，极易引起爆燃;点燃氢气所需要的点火能量仅为0.02 MJ，不足汽油的1/10，这就意味着气缸内的局部温度高的点可以成为着火点，引起早燃[9]。

气化气中有近一半的N2，CO2含量也在15%左右，而且对于三原子分子的CO2具有的摩尔比热远大于空气，因而在内燃机压缩和燃烧冲程中会大量地吸收热量，使发动机压缩终点的温度降低，导致点火推迟，燃烧温度降低;阻燃成分的存在会减缓焰前反应，阻碍燃烧的正常进行，对火焰的燃烧速度起到负面的影响，致使内燃机后燃严重，排气温度较高。

1.2 热值分析

通过计算，生物质气化气热值在5.30-6.43MJ/Nm3之间，相对于天然气热值为35.91 MJ/Nm3 [8](按照纯CH4计算)而言，属于低热值气体。

由于在内燃机气缸中燃烧的是燃气和空气组成的混合气，因而在实际循环中应考虑混合气的热值。

天然气完全燃烧时的化学反应式为

生物质气化气与空气按化学计量比混合的热值在2.49～2.67 MJ/Nm3之间。因而无论气化气的热值还是理论混合气热值与天然气相比，都存在较大差距，使得同一规格的内燃机，在燃烧生物质气化气时出力明显不足[10]。

1.3 气体中杂质的影响

虽然生物质燃气经过了严格的净化，但仍含有大量的焦油和灰分，测得罗茨风机出口的焦油含量接近100 mg/m3[11]。工作中内燃机的高温工作环境使得生物质气化气成分中的焦油，以及一些细灰颗粒在燃烧过程中引起气门处积炭，导致气门关闭不严，使得气门漏气，气缸内高温高压气体冲刷气门弹簧，促使弹簧受热退火、弹性减弱，进而影响整个配气机构的工作;在内燃机工作过程中，焦油沉积在电极两端，则可能引起点火系统失效。生物质气化气成分中的大量焦油成分在燃烧过程中会在燃烧室内形成积炭，使得混合气在火花塞点火前就可能被燃烧室内炽热的炭粒表面点燃，形成表面点火;同时燃烧室内沉积的积炭过多会增大压缩比，进而增大爆燃的可能性。而灰分含量太高也会增加运动件之间的磨损，严重时会引起拉缸。

2 内燃机运行特性分析

测定内燃机不同负荷下的排气温度、最大爆发压力以及燃料消耗率;采用烟度计与气体分析仪测定尾气排放中的烟度、NOx、CO、HC。

2.1 内燃机的排气温度、最大爆发压力以及有效热效率特性

生物质气化气热值低，燃烧速度慢，使得单位循环做功指标相对较低，因而选用大缸径、长行程、大排量、转速较低的8300作为原型机进行改造[12]。由于生物质气化气中含有大量的焦油，在发动机的进气过程中焦油会黏附在进气系统的表面上，因此生物质气化气发动机不适合对进气进行增压，而应选用自然吸气方式[13]。将原柴油机去除高压供油系统，进气管处安装文丘里管混合器;将燃烧室设计成浅盆形，重新设计活塞，把压缩比降为9，在原来喷油嘴的位置安装火花塞;重新设计凸轮轴，优化配气以及点火正时;同时在总管的两端安装安全防爆门等，这些改进使得8300适合燃烧低热值的生物质气化气。