浅谈氢燃料发动机的异常燃烧

《浅谈氢燃料发动机的异常燃烧》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、浅谈氢燃料发动机的异常燃烧摘要：由于氢燃料发动机自身工作过程的组织不当，容易出现早燃、爆燃和回火等异常燃烧现象，导致发动机性能的急剧下降，甚至无法正常丁作。在全ifii分析有关氢燃料发动机异常燃烧的研究成果的基础上，整理出氢燃料发动机异常燃烧的机理、特点和避免异常燃烧产生的方法，总结出早燃、爆燃和回火三者之间的关系，为进一步研究氢燃料发动机的正常工作提供了指导意义。关键词：氢燃料发动机；异常燃烧；燃烧机理1.引言随着现代社会的发展，环保被越来越多的人重视，与传统燃料相比，氢作为车用发动机燃料拥有众多的优势，被认为是最冇发展

2、前途的清洁代用燃料之一［1］。正是由于氢燃料与传统燃料（如汽油和柴油）的物化特性及燃烧特性有着明显的差异，若其工作过程组织不当，使氢作为内燃机的燃料时，燃烧很难控制,更易出现早燃、冋火和爆燃等异常燃烧问题。2.早燃2.1.概念早燃是指新鲜充量在未被火花塞点燃时与燃烧室内局部温度过高的一些热点（如火花塞、排气门和积炭）相接触引起燃烧的现象。2.2.特点早燃导致发动机效率低下，工作粗暴，增大了发动机的机械负荷和热负荷，排气温度增高。与传统发动机相比，氢燃料发动机中的早燃问题要严重得多，这主要是由于氢气点火能量低、着火界限宽、火

3、焰淬熄距离小和火焰传播速度快。2.3.早燃产生的燃烧机理早燃时缸内温度、压力急剧升高，气缸压力曲线相位比正常燃烧时提前，最大燃烧压力、压力升高率比止常燃烧高，使压缩行程末期的负功很大，功率下降，循环效率降低，伴有过热现象产生。在浓的氢氧混合气中发生早燃时，由于点燃区域较大，火焰传播速度极快，压力和压力升高率急剧升高，氢发动机容易过热，使氢发动机正常工作遭到破坏。2.4.控制方法为了避免早燃现象的发生，应控制压缩比、转速和混合气温度。压缩比和转速越高，早燃限制当量比越小；混合气温度越高，早燃限制当量比越小。此外，可以采用以下

4、几点措施来减少早燃现象的发生：2.4.1.冷的火花塞和狭小的火花塞间隙，保持缸内清洁，避免更多的炽热点；2.4.2.采用缸内直接喷射技术；2.4.3.采用液氢供氢系统；4.废气再循环；5•进气歧管喷水；6•进气管喷射冷空气［2］；7•选用冷型火花塞［3］。2.爆燃2.1•概念及特点爆燃是终燃混合气的自燃现象，它是一种非正常燃烧，主要表现为缸内压力作高频大幅度波动，发动机振动加剧。2.2.爆燃产生的燃烧机理[4]爆燃产生的主要原因是发动机火花塞点火后，气缸内未燃尽的部分燃料产生不受控制的自燃（爆燃）。爆燃的产生和发动机点火时

5、刻有关，若点火时刻早，燃烧的最高压力过高，爆燃就容易发生。爆燃与燃气的组成密切相关，某些惰性气体可增强燃气在发动机内的抗爆燃能力。2.3.控制方法：抑制爆燃可以采取以下措施:2.3.1.改进优化燃烧室形状。采用紧凑的燃烧室，合理选择火花塞位置，增强燃烧室中的气体流动，加快火焰传播速率，缩短火焰传播距离；1.3.2.缩小气缸直径，提高发动机转速；3.3.3.可变压缩比发动机。利用发动机在高转速时不易发生爆燃的特性，使发动机的压缩比随其负荷和转速的变化而改变；3.3.4.均匀燃烧。均匀燃烧的实质是积极地引起自燃，然后再消除自燃

6、的有害后果的方法，即消除爆燃；3.3.5.控制爆燃的措施还冇采用稀薄混合气燃烧和分层燃烧技术，在末端气区设置冷却区，克服燃烧室表面的粗糙度，进气节流，降低进气温度，冷却排气门，周边多个火花塞点火等。1.回火2.1.概念回火是在进气过程中，进气门尚未关闭，气缸内混合气未经火花塞点燃而被热点引燃，火焰传播到进气管内的一种不正常燃烧现象。2.2.特点“回火”造成氢发动机工作不正常，功率下降，经济性变坏，严重的回火致使进气管内温度和压力过高，导致新鲜充量无法进入气缸，氢发动机失火，有时甚至会破坏供氢系统，造成严重的事故。2.3.回

7、火产生的燃烧机理产生回火的原因根据产生时刻的不同分为两种：a.进气门刚开启时进气管内产生回火，主耍是由于高温废气、后燃混合气和高温热点点燃的；b.进气门快关闭时进气管内产生回火，主要是山于早燃的不断提前所引起的。影响回火的因素主要有喷氢正时、喷氢系统结构、进气系统结构和点火源。回火与混合气的燃烧速度及其浓度冇关，混合气过稀则燃烧速度就会缓慢，混合气的燃烧就会延续到排气终了，在进气门打开时，还在燃烧的混合气就很容易将进气管内的混合气引燃。2.4.控制方法抑制回火可以采用如下的方法：2.4.1.抑制早燃；4.4.2.喷水。降低

8、燃烧室内温度可以控制回火。从进气门开启开始，在喷氢期间向进气管喷水，利用喷水吸收汽化潜热来降低气缸内的温度，使其降到表面着火温度以下；4.4.3.电控系统和电磁阀相结合的控制系统。也可以采用电控系统与电磁阀相结合的控制系统；4・4・4・平行燃料供给系统。2.结论综上所述，早燃、爆燃和回火之间既有区别乂有