关于直喷压缩点火氢发动机实验研究

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1、关于直喷压缩点火氢发动机实验研究J.M.GomesAntunes,R.Mikalsen,A.P.Roskilly*关键词:氢，发动机，压缩点火，直接喷射，柴油机摘要：这篇文章介绍了一种直喷氢柴油实验测试装置的发展。结果表明:利用氢直喷柴油机与传统燃料柴油机相比有更高的功率密度，峰值功率大约高14%。氢燃料发动机在进口使用空气加热系统确保满意的燃烧，并且观测汽缸内汽油压力峰值的增加。实验者研究发现使用氢气相对于柴油燃料有很大的效率优势：氢气燃料发动机燃油效率大约43%而传统柴油燃料28%的燃油效率。同时在氮氧化物排放形成上减少大约2

2、0%。Thispaperdescribesthedevelopmentofanexperimentalsetupforthetestingofadieselengineinthedirectinjectionhydrogen-fuelledmode.Testresultsshowedthattheuseofhydrogendirectinjectioninadieselenginegaveahigherpowertoweightratiowhencomparedtoconventionaldiesel-fuelledoperati

3、on,withthepeakpowerbeingapproximately14%higher.Theuseofinletairheatingwasrequiredforthehydrogen-fuelledenginetoensuresatisfactorycombustion,andalargeincreaseinthepeakin-cylindergaspressurewasobserved.Asignificantefficiencyadvantagewasfoundwhenusinghydrogenasopposedtod

4、ieselfuel,withthehydrogen-fuelledengineachievingafuelefficiencyofapproximately43%comparedto28%intheconventional,diesel-fuelledmode.Areductioninnitrogenoxidesemissionformationofapproximately20%wasfurtherobserved.1.简介使用氢燃料(H2)作为内部的燃料发动机已经被一系列的研究小组研究了，这反应政府的压力和对环保燃料消费需求。

5、与传统化石燃料发动机相比，氢燃烧的污染物质几乎消除，而一氧化碳和未燃烧碳氢化合物对人口稠密的地区造成健康风险。氢气发动机唯一的污染物就是氮氧化物(NOx)，然而氢燃料的特点，例如在高的火焰速度和在广泛的微弱燃烧下,将比使用传统的燃料大量减少Nox。如果这一代的氢燃料可以被用作可再生能源，并且其他的问题如关于氢气的储存和运输可以被解决，把化石燃料替换成可再生氢气作为能量载体将有助于缓和二氧化碳排放量在全球的环境的影响。1.1氢气作为一种燃料大多数的内燃机研究使用氢燃料集中预混合，火花点火(SI)发动机，大部分都被汽车业（1-3）驱动

6、。一些研究者已经证实这种发动机的具有高燃油效率、低排放。然而,由于储氢和运输的问题以及一些缺少的基础设施，氢发动机没有被广泛应用。使用预混合氢压缩点火(HCCI)模式已经被一些作者[4~7]研究过了；关键问题是在这样的发动机进行HCCI发动机点火提前角控制是目前最大的问题,。可以在柴油发动机进气口使用预混合氢解决这样问题，并且柴油喷射时间可以用来控制点火。许多作者已经研究了[8–13]这些问题，并且这些系统具有的另一个潜在的优势那就是氢的存在可以提高燃油燃烧。这允许使用较差的燃料或不同点火特性的燃料，例如生物燃油。然而两个燃料贮存

7、、供应、喷射系统使这想法的应用变的不实际。预混合氢发动机里一些操作性的问题确实存，这些问题可能会限制这类发动机的应用并且会导致操作困难。氢具有很高的自燃点和很大的可燃性范围,使它特别适用于高压微燃烧发动机。此外,高的火焰速度可以防止发动机敲缸。并且点火能量比传统的燃料显著要低，特别是大负载氢发动机倾向于提前点火。一种更大的挑战是，由于氢的密度低，氢氧的理论比例混合大约是83%的汽油氧混合能量，这将减少预混合氢气发动机功率的输出典型的30%，与汽油发动机相比，在这样的发动机下将导致功率密度下降。此外,使用气态燃料需要发展燃油喷射计量

8、系统,并给出了不存在常规燃料的安全问题,包括进气总管逆火。1.2氢直接注入氢在压缩点火(CI)发动机里直接注入燃烧室，是同一个引擎以预混合的模式运行输出功率的两倍。这样的一个发动机功率输出也会高于传统燃料发动机,因为每标准公斤的空气化学计量燃烧热比