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氢能源的突破——第一台氢内燃机点火成功
佚名
【期刊名称】《中国新技术新产品精选》
【年(卷),期】2007()7
【摘要】近日，我国自主研制的第一台高效低排放氢内燃机在重庆长安汽车集团成功点火。
高效低排放氢内燃机是国家“863”计划惟一立项的氢燃料重点项目，它的成功点火标志着我国氢内燃机研究技术获得了突破性的进展，为氢内燃机的产业化奠定了基础。
【总页数】1页(P8-8)
【关键词】氢内燃机;点火;氢能源;国家“863”计划;长安汽车集团;自主研制;低排放;氯
【正文语种】中文
【中图分类】U464.9
【相关文献】
1.中国第一台氢内燃机点火成功 [J], 易黎明
2.氢内燃机在不同点火提前角下的燃烧特性分析 [J], 潘小亮;胡铁刚;余涛;郝栋;冯海涛
3.吉必盛气相法白炭黑乐山成功点火——多晶硅副产物利用取得重大突破，国内最先进的三氯氢硅项目同时动工 [J],
4.我国第一台氢内燃机点火成功 [J], 无
5.点火角对氢内燃机冷起动燃烧与排放特性的影响 [J], 纪常伟; 白晓鑫; 汪硕峰; 徐溥言; 苏腾; 从骁宇
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基于较详细机理的氢燃料内燃机排放特性研究段俊法;张宇;秦高林;吴排霞;何一鸣【摘要】基于Converge软件建立了包含简化化学反应机理的氢燃料内燃机CFD 仿真模型,研究了氢燃料内燃机缸内燃烧和NO生成机理.仿真结果表明,氢燃料内燃机缸内燃烧经历了椭球型火焰稳定传播和快速湍流燃烧两个阶段.氢气的燃烧非常迅速,在快速湍流燃烧结束时OH浓度迅速降低,出现温度和NO质量峰值,其后缸内温度逐渐降低,NO质量逐步减小.最终的排放取决于高温区域的峰值温度和NO分解时间.最高温度越高NO的质量峰值越大,降温越快则NO分解越少.采用EGR能降低最高缸内温度,低转速时NO分解充分,因而NO的排放较低.【期刊名称】《车用发动机》【年(卷),期】2019(000)001【总页数】6页(P21-26)【关键词】氢内燃机;氮氧化物;燃烧过程;仿真【作者】段俊法;张宇;秦高林;吴排霞;何一鸣【作者单位】华北水利水电大学机械学院,河南郑州 450045;北京理工大学机械与车辆学院,北京 100081;华北水利水电大学机械学院,河南郑州 450045;华北水利水电大学机械学院,河南郑州 450045;华北水利水电大学机械学院,河南郑州 450045;华北水利水电大学机械学院,河南郑州 450045【正文语种】中文【中图分类】TK463氢燃料内燃机由于具有燃烧效率高且没有含碳排放的特点，得到了厂商和研究者的关注[1-2]。
宝马、福特、长安等汽车公司研发了实用化的氢燃料内燃机汽车，经过数百万公里的示范运行，结果显示氢燃料内燃机具有很高的效率和动力性[3-5] 。
但氢燃料内燃机高负荷运行时会产生高浓度的NOx，需要探究其机理进而抑制NOx的生成[6-8]。
先前的研究发现，燃空当量比决定了NOx排放浓度，Verhest、马凡华、孙大伟等的试验研究均表明，在燃空当量比 0.55～1.0区间时氢燃料内燃机产生了很高浓度的NOx[9-11]。
氢燃料内燃机NOx排放特性及机理作者：朱海荣耿泽伟刘庆刚彭培英来源：《河北科技大学学报》2017年第06期摘要：為深入研究氢燃料内燃机NOx的生成机理，基于CONVERGE软件建立了三维网格耦合详细化学反应机理的氢燃料内燃机CFD仿真模型，进行了氢燃料内燃机在不同负荷下的燃烧及排放特性研究。
模型的仿真结果和试验数据较为吻合。
结果表明，氢气浓度增大有利于提高氢燃料内燃机的效率；NO的大量生成出现在不断升温的快速燃烧期，快速燃烧结束后NO总量不断减少，其缸内平均温度低于2 200 K时NO总量趋于稳定；热NO，NNH和N2O 是NO生成最主要的路径，其中热NO路径产生的NO排放最多，其贡献率随着负荷增大而增大。
NNH和N2O路径在较低浓度时有接近25%的贡献率，而在燃空当量比为10时，这2种路径对NO生成的贡献率之和为负值。
采用化学反应动力学方法得到了3种路径在不同负荷下对NO生成的贡献率，初步揭示了氢燃料内燃机NOx生成的机理，为后续研究提供了理论参考。
关键词：内燃机工程；氢燃料内燃机；详细机理； NOx排放；反应路径；贡献率中图分类号：TK464文献标志码：A收稿日期：20170909；修回日期：20171028；责任编辑：冯民基金项目：国家自然科学基金（51706058）；河北省高等学校科学技术研究项目（QN2016056）；河北科技大学五大平台开放基金（PT2015022）第一作者简介：朱海荣（1979—），女，河北廊坊人，讲师，博士，主要从事内燃机燃烧、热负荷与热疲劳方面的研究。
通信作者：刘庆刚副教授。
Email：***************朱海荣，耿泽伟，刘庆刚，等.氢燃料内燃机NOx排放特性及机理[J].河北科技大学学报，2017，38（6）：530535.ZHU Hairong，GENG Zewei，LIU Qinggang，et al.Characteristics and mechanism of NOx emission of hydrogen fueled internal combustion engine[J].Journal of Hebei University of Science and Technology，2017，38（6）：530535.Characteristics and mechanism of NOx emission ofhydrogen fueled internal combustion engineZHU Hairong， GENG Zewei， LIU Qinggang， PENG Peiying（School of Mechanical Engineering， Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang， Hebei 050018， China）Abstract：In order to deeply study the NOx formation mechanism of hydrogen fueled internal combustion engine （HICE）， a hydrogen fueled internal combustion engine CFD simulation model including threedimensional gridding coupling detailed chemical reaction mechanism is built based on CONVERGE software， and the combustion and emission characteristics of hydrogen fueled internal combustion engine under different loads are researched. The simulation result is consistent with the experimental data. The simulation results show that the increasing concentration of hydrogen is beneficial to improving the efficiency of hydrogen fuel internal combustion engine. The large amount of NO generates in the rapid combustion period， the total amount of NO decreases constantly after the rapid combustion period， and the total amount of NO tends to be stable when the average temperature is below 2 200 K. NO is generated mainly through three paths including thermo NO， NNH and N2O， and the thermo NO path contributes a large proportion of total NO emissions， whose contribution ratio increases with the increase of fuelair equivalence ratio. NNH and N2O contribute about 25% of total NO emissions at lower concentrations， while when fuelair equivalence ratio is 1.0， the sum of the contributions of these two paths to NO generation is negative. The contribution ratios for NO generation of three paths under different loads are obtained using chemical reaction kinetics method， which can reveal the NOx generation mechanism of hydrogen fuel internal combustion engine and establish the theoretical foundation for subsequent study.Keywords：internal combustion engine engineering； hydrogen fueled internal combustion engine； detailed mechanism； NOx emission； reaction path； contribution ratio传统内燃机产生大量的温室气体和有害排放，对环境造成不利的影响，因而寻找低碳排放的内燃机替代燃料很有必要[12]。
CN 11-5904/U J Automotive Safety and Energy, Vol. 12 No. 2, 2021257—264直喷氢内燃机实现NO x近零排放的试验研究包凌志，孙柏刚，汪 熙（北京理工大学机械与车辆学院，北京 100081，中国）摘要：缸内混合气分布不均匀、燃烧温度高等原因，直喷氢内燃机的氮氧排放水平很高。
为探索降低直喷氢内燃机NO x排放的控制方法，该文基于一台2.0 L自然吸气直喷氢内燃机，通过试验研究了过量空气系数、转速、点火角和喷氢压力对NO x排放的影响，并通过多参数的耦合调节，控制NO x排放，得到了样机的最大动力性下，未经后处理就实现近零排放（NO x≤20×10-6）工作边界。
研究表明：通过稀燃和推迟点火角，可以在牺牲少量热效率和燃烧稳定性的同时大幅降低NO x排放；近零排放工作区域的最大功率为21.5 kW，最高热效率为39%，在此区域内的所有工况点都可以实现近零排放。
关键词：直喷氢内燃机；氮氧排放；排放控制；近零排放中图分类号： TK 463 文献标识码： A DOI： 10.3969/j.issn.1674-8484.2021.02.015Experimental investigation of nearly zero-emission directinjection hydrogen engineBAO Lingzhi, SUN Baigang, WANG Xi(School of Mechanical Engineering, Beijing institute of Technology, Beijing 128000, China) Abstract: The nitrogen oxides (NO x) emission level of a direct injection hydrogen engine is relatively high dueto the uneven mixture distribution in the cylinder and high combustion temperature. The effect of excessive aircoefficient, speed, ignition angle, and hydrogen injection pressure on NO x emission was investigated to explorethe control method of reducing NO x emission with a 2.0 L naturally aspirated direct-injection hydrogen engine.Without post-treatment, the working boundary of the maximum power with near-zero-emission (NO x≤20×10-6)was achieved by the coupling of multiple parameters. The results show that NO x emissions can be significantlyreduced by lean-burning and delaying the ignition angle with making a sacrifice to a small extend in a smallamount of thermal efficiency and combustion stability. The maximum power in the near-zero emission workingarea is 21.5 kW and the maximum thermal efficiency is 39%, and near zero emission can be achieved at allworking points in this area.Key words:d irect injection hydrogen engine; nitrogen and oxygen emission; emission control; near zeroemissions收稿日期 / Received ：2021-04-17。
氢内燃机发展历程氢内燃机的发展历程可以追溯到19世纪初。
1807年，瑞士人伊萨克·代·李瓦茨研发了第一款单缸氢气内燃机。
然而，那时的氢内燃机技术还处于起步阶段，未被广泛应用于汽车等领域。
进入20世纪，随着科技的不断进步，氢内燃机逐渐受到更多关注。
1968年，前苏联科学院进行了一项试验，将汽车发动机分别燃用汽油和氢气进行测试。
这项试验证明了氢内燃机在提高发动机效率和减轻热负荷方面的潜力。
在70年代，苏联、德国、日本、美国和中国等国家开始大力投入氢内燃机的研发工作。
例如，洛斯阿拉莫斯实验室曾将一辆别克牌轿车改装成液氢汽车，该车的发动机是一台增压的六缸四冲程内燃机，充装一次液氢后可以行驶274公里。
到了90年代，福特汽车和马自达等车企开始涉足氢内燃机的研发工作。
2001年，福特汽车发布了搭载其2.0L氢气发动机的轿车车型。
马自达则在2003年发布了双燃料的Mazda RX-8 Hydrogen RE。
宝马也在2005年量产了基于宝马7系（E65）的12缸6L氢气/汽油双燃料发动机。
然而，氢内燃机的发展在2005年后经历了一段相对漫长的“雪藏期”，直到近年才重新受到各大车厂的关注。
例如，曼恩和道依茨等公司都在进行氢内燃机的研发工作。
丰田也在去年推出了一款氢内燃机赛车，并计划在未来开发氢燃料发动机。
在国内，虽然我国在氢内燃机方面的研究起步较晚，但近年来也取得了一些进展。
例如，北京理工大学教授刘福水在德国攻读博士学位期间就承担了德国车企的氢内燃机项目。
回国后，他动员团队里的孙柏刚一起研究氢内燃机。
总体来说，氢内燃机的发展历程是一个不断探索和进步的过程。
虽然目前氢内燃机的应用还相对有限，但其清洁、高效的特点让它在未来可能成为一种重要的动力源。
第4期(总第249期) 2020年8月车用发动机VEHICLE ENGINECDNo.4(Serial No.249)Aug.2020富氧燃烧对PFI氢内燃机性能的影响付洪宇1,柴华2,孙柏刚1,包凌志1(1.北京理工大学机械与车辆学院，北京100081；2.中国北方发动机研究所(天津)，天津300400)摘要：通过试验验证了利用富氧进气提高进气道喷射氢内燃机功率的可行性，进行了氢气-空气样机试验和30%、40%进气氧浓度试验，并基于这些数据搭建并标定了发动机一维仿真模型。
结果表明：当量比为0.7时，进气氧浓度增至30%,功率平均提高20.5%,有效热效率平均降低2%；进气氧浓度增至40%,功率平均提高36.5%,热效率降低4%。
该结果可以指导下一步更高进气氧浓度的氢内燃机试验，并且为改善进气道喷射氢内燃机的动力性提供了一种新方法。
关键词：氢内燃机；富氧燃烧;进气道喷射DOI：10.3969/j.issn.l001-2222.2020.04.001中图分类号:TK463文献标志码：B文章编号：1001-2222(2020)04-0001-06随着化石能源的日益减少，发展替代能源成为必然的选择。
氢能是一种极具发展潜力的可再生能源，其分子中不含有碳元素，故反应后不会产生温室气体CO2和含碳污染物如HC和CO M。
而且氢能易存储，这一点不同于太阳能、潮汐能、风能等可再生能源，可以将其他能源转化为氢能储存起来。
氢能的利用方式主要有燃料电池和氢内燃机两种。
我国每年工业副产氢的量在1000亿n?以上，这部分氢气纯度达不到燃料电池的要求且提纯成本高，目前最合适的利用途径便是氢内燃机。
而且燃料电池系统能量密度低，低温下有结冰问题，在某些极端环境(如临近空间甚至太空)的表现远不如氢内燃机。
因此，研究氢内燃机是十分必要的。
氢气的着火范围相较于汽油更宽，可以采用稀燃的策略提高热效率，同时降低NO*排放3］。
但是采用进气道喷射策略的氢内燃机功率约为原汽油机的80%左右,这是因为气态燃料占用了气缸体积使得吸入的新鲜空气量减少皈。
氢内燃机研究报告-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述：氢内燃机作为一种新型的动力系统，被广泛认为是未来汽车和航空领域的重要发展方向之一。
相比传统燃油发动机，氢内燃机具有零排放、高效率、可再生资源利用等诸多优点，备受研究和关注。
本文将对氢内燃机的定义和原理、优点和挑战以及在环保和能源领域的应用进行深入探讨，旨在为读者提供关于氢内燃机技术的全面了解。
同时，本文还将展望氢内燃机未来的发展方向，探讨其在汽车工业中的潜在应用，并对研究报告做出总结，为相关领域的研究和实践提供参考。
文章结构部分主要围绕氢内燃机的定义、原理、优点、挑战、应用和未来发展展开，通过引言引出主题，接着进入正文部分详细讨论氢内燃机的各个方面，最后在结论部分对未来发展和潜在应用进行展望，总结全文内容。
整篇文章的结构清晰，逻辑性强，能够帮助读者全面了解和深入了解氢内燃机的相关知识和潜力。
"3.3 总结": {}}}}请编写文章1.2 文章结构部分的内容1.3 目的目的部分：本研究旨在全面探讨氢内燃机的定义、原理、优点和挑战，以及在环保和能源领域的应用情况。
通过对氢内燃机的深入研究，我们希望可以为未来氢内燃机的发展提供有益的参考和倡导，同时探讨其在汽车工业中的潜在应用和可行性，为加速氢能源技术在汽车领域的推广和应用做出贡献。
通过本研究的总结和展望，为氢内燃机技术的未来发展方向提供理论支持和实践指导。
2.正文2.1 氢内燃机的定义和原理氢内燃机是指利用氢气作为燃料进行燃烧，从而产生动力的一种发动机。
与传统的内燃机不同，氢内燃机在燃烧过程中产生的主要排放物为水蒸气，没有有害气体排放，因此被认为是一种清洁能源技术。
氢内燃机的原理与传统的内燃机类似，都是利用燃料在氧气的存在下通过燃烧释放能量，驱动活塞运动，从而产生动力。
不同的是，氢内燃机燃烧的燃料是氢气，而不是传统的汽油或柴油。
氢气在燃烧时只产生水蒸气，不会产生二氧化碳等有害物质，因此具有零排放的环保特性。
2012年7月农机化研究第7期氢内燃机起动性能及排放影响的试验研究刘德发(黑龙江农业工程职业学院，哈尔滨150088)摘要：与汽油相比，氢气具有更为宽泛的着火界限，这使得氢内燃机起动相对容易；但不同的燃空比控制方式对氢内燃机起动和排放特性的影响规律值得深入研究。
为此，以1台4缸2．0L的氢内燃机为研究对象，使用不同的燃空比控制方式对当量燃空比为0．2—0．6的氢气一空气混合气进行起动试验。
试验结果表明：增大循环喷氢量的“质调节”方式可以有效地缩短起动时间，但N O x排放量会随之显著增加；增大节气门开度、提高空气进气量能够降低泵气损失并提高容积效率．从而在一定程度上缩短起动时间，此时N O x排放量也会有少量增加。
关键词：氢内燃机；起动特性；燃空比控制；排放特性中图分类号：TK46文献标识码：A文章编号：1003-188X(2012)07-0241--040引言氢气作为一种能源的载体，其完全燃烧的产物是水，没有传统石油燃料所产生的C O．H C和碳烟等污染物，因此作为替代能源的一种利用形式，氢内燃机受到了国际上的广泛关注…。
氢的可燃界限远比汽油宽广，其火焰传播速度也更快，当量燃空比为O．2一1．2的混合气都可以在气缸内稳定燃烧旧1，这为氢内燃机的控制提供了很大的操作空间。
燃空比控制是影响氢发动机运转的关键参数¨】，其直接影响氢发动机的动力性H J、经济性"’和排放性能M J。
氢内燃机的燃空比控制方式既可以向汽油机一样“量调节”，即固定燃空比，通过调整节气门开度改变进入气缸内的混合气总量，控制发动机的扭矩输出；也可以向柴油机一样“质调节”，即不采用节气门(节气门全开)，通过改变气缸内的燃料量，控制发动机的扭矩输出。
目前稳定工况下，倾向于使用“质调节”方式调节氢内燃机的燃空比M41，因为没有节气门可以减少泵气损失从而提高发动机的循环效率。
以节气门为主的“量调节”方式通常在两种情况下使用：一种是在小负荷时，此时发动机所需的燃料量很少，需要通过调整节气门开度来稳定燃空比以提高燃烧的稳定性，抑制失火现象的发生；另一种情况是在中高负荷下，此时发动机的燃空比较高，通过调整节气门开度将燃空比提高到略高于1．0，从而利用剩余的未燃氢气作为收稽日期：201l-08-!!作者简介：刘德发(1974一)．男．哈尔滨人，讲师，硕士，(E-n ut i l)l l u de-r e007@163．cor n。
第32卷第2期2011年4月内 燃 机 工 程Chinese Internal Combustion Eng ine Eng ineering Vo l .32No .2April .2011收稿日期:2009-06-30基金项目:国家“八六三”高技术研究发展计划“节能与新能源汽车”重大项目(2006AA11A1B 6)作者简介:孙柏刚(1969-),男,副教授,主要研究方向为内燃机燃烧与排放控制,E -mail :sunbg @bit .edu .cn 。
文章编号:1000-0925(2011)02-0053-04320028氢内燃机NO x 排放特性的试验研究孙柏刚1,赵建辉1,赵陆明1,刘福水1,胡铁刚2,杨柏林2(1.北京理工大学机械与车辆学院,北京100081;2.长安汽车股份有限公司,重庆400023)Experimental Study on NO x Emissions of Hydrogen InternalCombustion EngineSUN Bai -gang 1,ZHA O Jian -hui 1,ZHA O Lu -ming 1,LIU Fu -shui 1,HU Tie -gang 2,YANG Bo -lin2(1.Scho ol of Mechanical and Vehicular Enginee ring ,Beijing Institute of Techno logy ,Beijing 100081,China ;2.Chang 'an Auto mobile Company Limited ,Cho ng qing 400023,China )A bstract :Experim ental study w as car ried out on the characteristics o f co mbustio n and NO x emissionsof a 2.0L hy dro gen internal co mbustio n engine (H ICE ).The correlatio ns betw een NO x emissions and both equivalence ratio Υand ignitio n timing were examined .Experimental results show :at Υ=0.88the NO x e -missio ns reach maxim um v alue ;w hen Υis below 0.88the NO x emissio ns increase w ith Υincreasing and w hen Υis in the range of 0.88to 1.2the NO x emissions decrease quickly with Υincreasing .For lean mixture the effect of ig nition timing o n NO x fo rm ation is relatively small .The achievements are useful to developmentof H ICE lean com bustion technique to reduce effectively its NO x emissions .摘要:以一台2.0L 氢内燃机为测试对象,对其排放及燃烧特性进行了试验研究,探讨了NO x 随当量比Υ、点火提前角的变化关系。
试验结果表明:在Υ=0.88时,NO x 生成量达到最大;在Υ<0.88时,NO x 的生成量随Υ的增加而增加;在0.88<Υ<1.2时,NO x 生成量随Υ的增加急剧减少;当混合气比较稀薄时,点火提前角对NO x 的贡献率相对较小。
研究结果可用于氢内燃机稀薄燃烧技术的开发,可有效降低氢内燃机NO x 排放。
关键词:内燃机;氢内燃机;NO x 排放;点火时刻Key words :IC engine ;hydrogen internal combustion engine (HIC E );NO x emission ;ignition timing中图分类号:T K 463文献标识码:A0 概述节能与环保是目前汽车工业所面临的两大主要问题。
积极开发新能源,寻找汽车代用燃料是解决两大问题的重要技术途径。
氢作为一种可再生清洁燃料得到极大关注,氢能源经济的概念已经得到了广泛认同[1]。
氢气具有宽广的可燃范围、很快的燃烧速度、更低的点火能量特点,是优良的内燃机代用燃料[2]。
美国、欧洲和日本的部分汽车公司和大学等机构正在进行氢燃料汽车的相关技术研究开发。
宝马汽车公司自1978年开始,已经研发了六代氢内燃机驱动的轿车,应用PFI (po rt fuel injection ,喷嘴燃油喷射)技术的BM W 样车达到S ULEV (超低排放车DOI :10.13949/j .cn ki .nrjgc .2011.02.014内 燃 机 工 程2011年第2期 辆)排放限值的1/10,2006年后逐步将以氢内燃机为动力的宝马7系轿车推向市场。
虽然氢气的燃烧特性与汽油及柴油显著不同,但燃烧过程中产生NO x排放是必然的。
由于氢燃料燃烧速度比汽油快,会使火焰层面的温度远高于汽油燃烧的温度,当氢燃料用于内燃机时可能会产生大量的NO x排放,因此控制NO x排放成为目前研究氢内燃机的一个主要方向。
国内外对氢内燃机NO x 排放进行了一些研究,如文献[3,4]通过试验研究得到NO x生成量随当量比变化的曲线,但是并没有深入分析NO x生成量和当量比之间的关系;文献[5-7]研究得到在当量比为1时NO x生成量最大,这个结论与文献[3,4]的试验结果很不一致;文献[8]研究得到NO x生成量随点火提前角的增加而增加,但并没有分析上面的结论是否适用于不同浓度的混合气,也没有分析该现象产生的原因。
本文针对上述问题,对某2.0L氢内燃机进行排放及燃烧特性测试,深入研究氢内燃机中NO x生成量随混合气当量比及点火提前角的变化规律,并揭示其变化机理。
1 发动机试验系统组成1.1 试验样机试验用氢内燃机的具体技术参数见表1。
目前采用的供氢方式为缸外进气道喷射,即将氢气喷嘴布置在各缸进气道入口处,根据发动机转速和负荷精确控制空燃比。
考虑到氢气密度低,需要喷射的体积流量大,所以每缸安装了2个氢气喷嘴。
图1为台架布置图。
表1 氢内燃机的主要技术参数项目参数发动机型式直列4缸、水冷缸径×行程/mm86×86连杆长/mm142.8压缩比10排量/mm319981.2 试验条件保持氢内燃机转速为2000r/min,节气门全开,当量比0.33～1.2,点火提前角0～70°CA。
当氢内燃机燃用的混合气由浓变稀时,必须通过改变点火提前角来避免回火。
当量比Υ=实际燃空比/理论燃空比;CA50为50%放热率点对应的曲轴转角。
1.3 试验测量设备表2为试验中主要的测量仪器。
1.氢气瓶2.电磁截止阀3.一级减压阀(13M Pa/0.8M Pa)4.氢气流量计5.二级调压阀(0.2～0.5M Pa)6.氢轨7.氢气喷嘴8.火花塞式压力传感器9.排温传感器10.宽域氧传感器11.空气流量计12.稳压箱13.蓄电池14.曲轴传感器15.电子节气门16.三元催化转换器17.EG R管路18.排气分析仪采样通道19.手动EG R阀图1 试验台架布置表2 主要测量仪器名称型号台架测试系统湘仪FC2000系统空气流量计热线式质量流量计氢气流量计CM F010科氏流量计排气分析仪AVL DIGAS4000燃烧分析仪Dew etron5000系列缸压传感器Kistler6117B安全系统Quadgard监控系统2 试验结果分析2.1 NO x生成量随当量比的变化规律图2为固定点火提前角为10°CA时,NO x生成量随Υ的变化关系。
由图2可见:在Υ<0.5时,随着Υ的增加,NO x生成量增幅很小,Υ对NO x生成量的贡献率很小;在0.5<Υ<0.88时,NO x生成量随着Υ的增加而增加,Υ对NO x生成量的贡献率较大;在Υ>0.88时,NO x的生成量随着Υ的增加而迅速降低。
NO x生成量在Υ为0.88时达到最大值,这个变化规律和文献[3,4,9]试验得到的规律是一致的。
图2 N O x生成量随当量比的变化·54· 2011年第2期内 燃 机 工 程氢内燃机中NO x 主要以热力型NO x 为主,有利于NO x 生成的3个条件是高温、富氧、高温持续时间长,而温度对NO x 的生成影响最为显著。
热力型NO x 生成的临界温度为1800K ,当温度超过1800K 后,随着温度的升高,NO x 生成量按指数规律迅速增加;当温度超过2000K 时,温度对NO x 生成量的贡献率就变得非常明显[10]。
本文中缸内最高平均温度是利用Ricardo -WA VE 软件计算得到。
仿真模型计算得到的燃烧压力、放热率曲线与实测的燃烧压力、放热率曲线具有良好的一致性。
图3为缸内最高平均温度随当量比的变化情况。
由图3可见:在Υ为0.33～0.5范围内,随着Υ的增加,缸内最高平均温度从1412K 升高至1972K ,温度刚好超过NO x 生成的临界温度,并且缸内局部温度可能高于1800K ,因此NO x 生成量也随着温度的升高而小幅度增加,但是整体上Υ对NO x 生成量贡献率不大;在Υ为0.52时,缸内最高平均温度为2109K ,此时温度已经超过NO x 明显生成的温度,温度对NO x 的贡献率就变得非常明显;当Υ从0.48增加到0.52时,NO x 的生成量随温度升高从107×10-6迅速增加到475×10-6。
图3 缸内最高平均温度随当量比的变化在Υ为0.52～1.2范围内,缸内最高平均温度随着Υ的增加而增加,但是NO x 生成量并非持续增加,而是在Υ为0.88时达到最大,之后随着Υ的增加而降低。
这是因为在Υ为0.52～0.88范围内,混合气中氧气比较充足,温度成为影响NO x 生成的主要因素,缸内温度越高,NO x 生成量就越大,高温导致NO x 大量生成。
在Υ>0.88时,随着Υ的增加,缸内最高平均温度继续增加,但此时缸内的空气量越来越少,与氮气结合的氧气越来越少,并且由于氢气燃烧速度加快,使得高温燃气滞留缸内时间缩短,氧气的减少和滞留时间的缩短共同制约了NO x 的生成。
其中,当Υ>1时,过量的氢气不仅会还原一部分NO x ,而且会吸收缸内热量,使得缸内的温度降低,温度和氧气的不足共同影响了NO x 的生成。
