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氢能作为内燃机燃料的研究’
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浙江大学日摹丘
提要该文论述了氢发动机运转中所存在的阿题。提出了氢发动机的燃烧改进方案。研究表
明,采用高压喷射、火花点火,并优化调整喷射正时和点火正时,
性能。
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随着太阳能、原子核能的发展。作为其二次能源之一的氢能必将得到大力开发应用。制
氢的原料水资源极其丰富,而且氨的燃烧产物主要是水,由此形成循环,有利于环境保护和
生态平衡。因此,氢能作为可再生洁净能源,用作内燃机代用燃料的研究已引起了全世界的
广泛关注。由于氢与柴油、汽油等石油燃料的物化特性及燃烧性能有所差异,因而控制异常
燃烧,提高动力性能和经济性能是研制氢发动机的关键。同时,若能在氨的贮存技术和制氢
方法上取得突破,氢能的应用前景将台更加广阔。
氢发动机存在的问题
. 氯的特点
收稿日期;——
· 国家自然科学基金资助项目
①李径定,教授,杭州市浙江大学瞻源系内燃机研究所,
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第期李径定等:氢能作为内燃机燃料的研究
氢与汽油、柴油等燃料相比,具有以下显著特点;
比重小,扩散系数大氢为/,汽油为/,混合气易均匀一致,燃烧速
度快氢最大可达./,汽油仅为./。
释放单位热量所需的燃料体积极大,如.】,的氢气需·,
℃的氢气需.,即使是液态氢也需.,而汽油只需。
在理论混合比下进入气缸时,氢气约占排量的%。因此,若在进气弋闭后将氢喷
入燃烧室,将能增加混合气充量并产生更高的输出功率。
燃烧后混合气的分子数减小。
可燃空燃比范围大,体积可燃空燃比范围为~ .,质量可燃空燃比范围为.
~ .。
自燃温度高,在空气中为~ ,在氧气中为,而汽油在空气中的自燃温
度为。
最小点火能量低,仅为。
氢空气混合气燃烧产物中唯一的有害成份是氮氧化物,无其他有害排放物。
. 预混式氢发动机运转中的问题
由于氢空气混合气的单位容积热值低,因而其理论最大输出功率仅为汽油空气混合气
的。实际上,即使输出功率大大低于此值,如仅为汽油机的左右预混火花点火式
氢发动机,仍会发生回火而使发动机难以正常运转。同时,排放物会急剧增大。
氢发动机在各种工况下的异常燃烧可分为以下三类:
急剧的压力升高率燃烧室中发生早燃现象,并不断提早发生并延续下去,使进
气歧管产生回火;在混合气过稀或怠速运转时偶尔发生回火。
前两类情况发生于较浓混合气大负荷下,发动机将停止运转,第三类情况发生于稀混
合气时,发动机不会停车,它们本质上有所差别。
试验表明,在较浓混合气大负荷下,急剧的压力升高大约从过量空气系数—.开
始出现,但无敲缸现象发生,发动机很快就熄火。
.当发动机转速低于/时,加浓混合气至过量空气系数—.以下,发动机
无回火而迅速熄火。图所示是在发动机将熄火前的时刻之示功图。由图可见,因燃烧结束
过早,发动机飞轮不能克服压缩功而导致迅速停车。
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