氫氣對汽油發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和排放性能影響的試驗(yàn)和仿真研究.pdf

1、隨著石油資源的逐漸短缺以及排放法規(guī)的日趨嚴(yán)格，汽車替代能源的呼聲日益高漲，各國政府和科研單位對此投入大量的人力和物力，希望能夠找到合適的替代能源，解決將來可能出現(xiàn)的能源危機(jī)和環(huán)境污染問題。在眾多的替代能源中，氫以“無污染，可再生，存在廣”的特點(diǎn)以及做為車用發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的眾多優(yōu)越性脫穎而出，成為各方爭相研究、探索的焦點(diǎn)。 本文綜述了目前氫能應(yīng)用于汽車上的兩種形式，以及各國科研機(jī)構(gòu)和汽車公司對氫能汽車的研究進(jìn)展。很多機(jī)構(gòu)和公司對發(fā)動(dòng)機(jī)

2、純氫和混氫燃燒都進(jìn)行了有關(guān)研究，但是對氫發(fā)動(dòng)機(jī)稀燃的研究并不多見。本文以氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的理論循環(huán)為基礎(chǔ)，通過對現(xiàn)有汽油機(jī)進(jìn)行進(jìn)氣和電控系統(tǒng)的改造，定量的研究了汽油混氫內(nèi)燃機(jī)在低速低負(fù)荷下動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性相對原汽油機(jī)的變化。從混合氣形成及混合均勻程度，點(diǎn)火能量，混合氣著火界限，火焰?zhèn)鞑ニ俣?，火焰粹熄，燃燒壓力和溫度變化，污染物形成、稀燃極限等方面分析了氫氣對缸內(nèi)燃燒的影響。并通過仿真的手段對汽油混氫的燃燒過程中的燃燒持續(xù)期、點(diǎn)火時(shí)刻、

3、燃燒速度進(jìn)行了更為深入的預(yù)測性研究和探索。文中還特別對氫內(nèi)燃機(jī)稀燃工況時(shí)的缸內(nèi)燃燒進(jìn)行了深入的探討，得到了較為理想的結(jié)論。試驗(yàn)和仿真結(jié)果表明在現(xiàn)有汽油機(jī)上實(shí)施局部改造較易實(shí)現(xiàn)氫內(nèi)燃機(jī)燃燒，但是由于氫氣和汽油的物理化學(xué)性質(zhì)差異較大，需要綜合考慮混氫比例、噴氫時(shí)刻、噴氫持續(xù)期、點(diǎn)火時(shí)刻、NOx排放、不正常燃燒等因素。對上述因素的綜合全面控制是推廣氫內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展趨勢和需要解決的關(guān)鍵問題。 本文研究結(jié)果表明：氫氣混入汽油中可以明顯拓展混

4、合氣的著火界限，加速火焰?zhèn)鞑?，改善缸?nèi)燃燒，提高缸壓，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)做功。氫氣的高擴(kuò)散性在缸內(nèi)易于形成大強(qiáng)度的湍流和均勻的混和氣，加之較低的點(diǎn)火能量和快速的火焰?zhèn)鞑ニ俣龋沟脷錃庠诟變?nèi)燃燒速度明顯快于汽油，導(dǎo)致燃燒持續(xù)期大幅縮短，傳熱損失大幅減少。同時(shí)氫氣的快速燃燒和大量放熱會(huì)導(dǎo)致燃燒室溫度較之汽油大幅提高，產(chǎn)生更多的NOx排放。怠速時(shí)混氫可以改善HC、NOx的排放，但是隨著負(fù)荷的增加，氫氣的混入會(huì)使NOx排放升高。燃燒過程中氫氣燃燒時(shí)最