氢气对汽油发动机燃烧和排放性能影响的试验和仿真研究

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1、北京工业大学硕士学位论文氢气对汽油发动机燃烧和排放性能影响的试验和仿真研究姓名：闫皓申请学位级别：硕士专业：热能工程指导教师：纪常伟20090401摘要随着石油资源的逐渐短缺以及排放法规的日趋严格，汽车替代能源的呼声日益高涨，各国政府和科研单位对此投入大量的人力和物力，希望能够找到合适的替代能源，解决将来可能出现的能源危机和环境污染问题。在众多的替代能源中，氢以“无污染，可再生，存在广"的特点以及做为车用发动机燃料的众多优越性脱颖而出，成为各方争相研究、探索的焦点。本文综述了目前氢能应用于汽车上的两种形式，以及各国科研机

2、构和汽车公司对氢能汽车的研究进展。很多机构和公司对发动机纯氢和混氢燃烧都进行了有关研究，但是对氢发动机稀燃的研究并不多见。本文以氢燃料发动机的理论循环为基础，通过对现有汽油机进行进气和电控系统的改造，定量的研究了汽油混氢内燃机在低速低负荷下动力性、经济性、排放性相对原汽油机的变化。从混合气形成及混合均匀程度，点火能量，混合气着火界限，火焰传播速度，火焰：l=卒熄，燃烧压力和温度变化，污染物形成、稀燃极限等方面分析了氢气对缸内燃烧的影响。并通过仿真的手段对汽油混氢的燃烧过程中的燃烧持续期、点火时刻、燃烧速度进行了更为深入的

3、预测性研究和探索。文中还特别对氢内燃机稀燃工况时的缸内燃烧进行了深入的探讨，得到了较为理想的结论。试验和仿真结果表明在现有汽油机上实施局部改造较易实现氢内燃机燃烧，但是由于氢气和汽油的物理化学性质差异较大，需要综合考虑混氢比例、喷氢时刻、喷氢持续期、点火时刻、NOx排放、不正常燃烧等因素。对上述因素的综合全面控制是推广氢内燃机的发展趋势和需要解决的关键问题。本文研究结果表明：氢气混入汽油中可以明显拓展混合气的着火界限，加速火焰传播，改善缸内燃烧，提高缸压，有利于发动机做功。氢气的高扩散性在缸内易于形成大强度的湍流和均匀的

4、混和气，加之较低的点火能量和快速的火焰传播速度，使得氢气在缸内燃烧速度明显快于汽油，导致燃烧持续期大幅缩短，传热损失大幅减少。同时氢气的快速燃烧和大量放热会导致燃烧室温度较之汽油大幅提高，产生更多的NOx{j[放。怠速时混氢可以改善He、NOx的排放，但是随着负荷的增加，氢气的混入会使NOx排放升高。燃烧过程中氢气燃烧时最大压力升高率较之汽油有大幅提升，致使燃烧噪声向高声调噪声发展，显著高于汽油燃烧时的噪声水平。仿真研究表明：氢气燃烧会显著缩短燃烧持续期，减少传热损失，提高燃烧热效率，同时点火时刻对混氢燃烧时的燃烧压力和

5、燃烧温度影响显著，合适的点火时刻能够更好地发挥氢气的助燃作用，改善混合气燃烧品质，提高燃烧热效率和做功能力。关键词汽油发动机；混氢；燃烧；稀燃；排放；试验；仿真北京工业大学T学硕十学位论文AbstractWithpetroleumdepositsbecoming1essandleSSandemissioncontrolregulationsbecomingstricterandstricter,manycountriesandresearchinstitutesarepayingmoreattentiontofindin

6、gclearalternativefuelwhichCanreducethepressureofenergyshortageandenvironmentpollution．Hydrogenisarenewableclearenergy，anditCanbeappliedinlotsofeasesespeciallyinautomotive．Sohydrogenshowsconsiderablepromiseasanidealalternativefuel．Inthisarticle，theapplicationsofhy

7、drogenusinginautomotiveandstateofdevelopmentofhydrogenenergywereoverviewedindetail．Manyresearchersstudiedtheeffectofusinghydrogenasafuel(pureormixed、析thgasolinelonengineperformanceandpollutantsemissions，howevertheresearchofleanbumofhydrogeniIlSIenginereportedrare

8、ly．InthepresentworkaSIenginewhoseintakesystemandcontrolsystemWasreconstructedWasdevelopedtostudytheeffectofhydrogenonpOWer,fuelconsumptionandpollutantconcentra