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氫氣燃料汽車性能與排放潛力的分析

氫氣被認(rèn)為是未來(lái)汽車的一種最具價(jià)值的燃料。以氫氣作為燃料可以降低對(duì)進(jìn)口化石燃料的依賴，減少溫室氣體的排放。目前，應(yīng)用氫氣作為燃料仍然有一些關(guān)鍵的問題需要解決，如成本高、技術(shù)復(fù)雜、尺寸大以及高負(fù)荷時(shí)效率低等。結(jié)合氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用以及氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的最新研究成果，對(duì)氫燃料汽車的性能和排放進(jìn)行了分析。重點(diǎn)研究了氫-氧反應(yīng)機(jī)理，對(duì)氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了一系列設(shè)計(jì)。要實(shí)現(xiàn)將傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)改造為氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，需要在硬件升級(jí)、氣缸內(nèi)外部混合氣體的形成以及安全要求等方面進(jìn)行研究。

氫氣密度小、單位質(zhì)量的能量密度高、可燃混合氣體濃度范圍大、燃燒速度快、自燃溫度較高、點(diǎn)火能量低以及在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)大，這些特性決定了氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)可以在混合氣濃度較稀的條件下運(yùn)行、燃燒充分、壓縮比高、不需要節(jié)流閥、燃燒效率高、氫氣泄漏時(shí)能迅速擴(kuò)散，但對(duì)儲(chǔ)存條件要求高、容易產(chǎn)生回火現(xiàn)象、NOx的排放量會(huì)增加。根據(jù)氫氣的屬性，對(duì)傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室形狀、潤(rùn)滑方式及潤(rùn)滑材料、火花塞點(diǎn)火溫度、燃料供給系統(tǒng)及鑄造材料等方面進(jìn)行改進(jìn)，可以消除回火現(xiàn)象，減少燃燒異常?？刂茪淙剂习l(fā)動(dòng)機(jī)燃料與空氣的當(dāng)量比≤0.6，可使NOx的排放量降到最低。采用適當(dāng)?shù)娜細(xì)鈬娚浜突旌蠚庑纬刹呗裕瑢?duì)噴嘴進(jìn)行設(shè)計(jì)，可提高氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)功率，進(jìn)一步降低NOx的排放。安裝氫氣檢測(cè)傳感器、火焰檢測(cè)器并進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐L(fēng)設(shè)計(jì)，確保氫燃料汽車的安全性。目前，氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)基于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，由于氫燃料所具有的突出優(yōu)點(diǎn)，針對(duì)氫燃料特點(diǎn)設(shè)計(jì)的專用氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)將會(huì)產(chǎn)生。

Kunal Kumar Rana et al. SAE 2015-26-0050.

編譯：王祥