畢業(yè)設(shè)計(jì)-發(fā)動(dòng)機(jī)

1、人生最大的幸福，是發(fā)現(xiàn)自己愛(ài)的人正好也愛(ài)著自己。1 緒論1.1 摻氫燃燒的選題背景與意義全球大概有一半的汽油是消耗在公路上隨著石油資然的日益緊缺汽車(chē)節(jié)能與排放控制已成為所有汽車(chē)人不可推卸的責(zé)任21世紀(jì)世界各國(guó)將共同面臨環(huán)境污染日趨加劇和石油資源短缺的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)現(xiàn)在各國(guó)都在尋找替代能源大力發(fā)展低污染、節(jié)能的"清潔燃料"汽車(chē)用以解決所面臨的問(wèn)題氫燃料被認(rèn)為是未來(lái)最理想的車(chē)用能源之一1氫作為車(chē)用能源有兩種主流的轉(zhuǎn)化方式以質(zhì)子交換方式的車(chē)用燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)和以現(xiàn)有車(chē)用內(nèi)燃機(jī)為基礎(chǔ)的燃用氫的車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)燃料電池以其功率大、效率高和無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是替代石油燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的理想解決方案之一但由

2、于目前一些技術(shù)尚不成熟而且成本很高近期內(nèi)又難以解決;而發(fā)展氫內(nèi)燃機(jī)相對(duì)來(lái)說(shuō)更容易實(shí)現(xiàn)只需對(duì)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)作一些修改;此外氫內(nèi)燃機(jī)對(duì)氫純度的要求也沒(méi)有燃料電池那么嚴(yán)格而且在內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用方而現(xiàn)有企業(yè)己經(jīng)擁有了大量的經(jīng)驗(yàn)所以很多人認(rèn)為發(fā)展氫內(nèi)燃機(jī)是未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的最好選擇由于氫氣的特性如表1.1:著火界限比汽油更寬廣所需點(diǎn)火能量比汽油小得多火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤斓忍攸c(diǎn)在汽油機(jī)中加入少量的氫氣以改善燃燒提高熱效率實(shí)現(xiàn)稀混合氣燃燒節(jié)省汽油通過(guò)大量的臺(tái)架試驗(yàn)和汽車(chē)道路試驗(yàn)充分證實(shí)了燃汽油摻氫比燃純氫既避免了回火、早燃等不正常的燃燒同時(shí)在目前氫氣價(jià)格較昂貴的情況下采用少量的氫氣而起到節(jié)能、節(jié)油及改善環(huán)境污染的效果具有明顯

3、的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益 表1.1 各種燃料的化學(xué)、物理及燃燒特性2 性能 燃料 汽油氫氣氮?dú)饧状家掖挤肿恿?1.42.0217.0352.0446.7空然質(zhì)量比14.534.36.16.59.0空然體積比45.792.383.577.1414.3燃燒熱值（mJ/kJ）43.4120.118.620.126.9著火界限1.37.64.17416256.0373.519火焰最大傳播速度0.372.910.0100.52-絕熱火焰溫度26372758248425762594自燃溫度257574651470392 辛烷值試驗(yàn)機(jī)用91100130130110106汽車(chē)用8294-8789熄火間隙0.20.

4、064-0.203-空氣中擴(kuò)散率0.080.63-0.2-1.2 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì) 目前在國(guó)外一些汽車(chē)公司己經(jīng)研制出氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)如2003年己有多輛寶馬745、750型氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)在柏林市投入使用并計(jì)劃在此后4年內(nèi)實(shí)現(xiàn)小批量投產(chǎn)和上市2000年寶馬公司研制的氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)在法國(guó)創(chuàng)造了9項(xiàng)速度紀(jì)錄該車(chē)裝備 6升V12氫燃料內(nèi)燃機(jī) 最大功率為 210 kW(285馬力) 0100 km/ h 加速約 6 s 最高速度達(dá)302. 4 km/ h.它的驚人表現(xiàn)清楚地證明 氫動(dòng)力汽車(chē)的性能完全可以做到絲毫不遜于傳統(tǒng)能源動(dòng)力2005 年初 福特汽車(chē)公司宣布佛羅它成為世界上第一個(gè)正式生產(chǎn)氫

5、燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車(chē)制造商該發(fā)動(dòng)機(jī)采用順序多點(diǎn)氣態(tài)氫氣噴射采用雙螺旋壓縮機(jī)機(jī)械增壓器增壓壓力0. 15 MPa壓縮比9每缸2氣門(mén)水空中冷器排量6. 75 L額定功率173 kW2006年7月17日福特純氫燃料V-10發(fā)動(dòng)機(jī)正式投產(chǎn)福特公司宣稱(chēng)氫氣能夠?qū)?nèi)燃機(jī)效率提高25 %30 % 而這一效率已和氫燃料電池大致一樣在氫燃料內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程中 包括二氧化碳在內(nèi)的污染物排放幾乎可以忽略不計(jì)目前福特E-x:50型氫燃料公共汽車(chē)正在佛羅里達(dá)州試運(yùn)行;馬自達(dá)公司也推出了配備RX - 8氫轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的跑車(chē)；Nissan的FCVX - Trail也處在測(cè)試階段;日本武藏工業(yè)大學(xué)和Nissan汽車(chē)公司長(zhǎng)期合作不斷將

6、液氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)的研究推向新的高度；三菱重工則進(jìn)行了大功率氫內(nèi)燃機(jī)壓燃試驗(yàn)1 我國(guó)氫發(fā)動(dòng)機(jī)的研究開(kāi)始于20世紀(jì)80年代初國(guó)內(nèi)一些高校和科研單位對(duì)內(nèi)燃機(jī)燃?xì)浜腿細(xì)潆p燃料內(nèi)燃機(jī)等進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究2其中浙江大學(xué)與日本武藏工業(yè)大學(xué)合作進(jìn)行液氫發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)研究試驗(yàn)采用了缸內(nèi)直接噴射并用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制試驗(yàn)結(jié)果表明氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)的異常燃燒、動(dòng)力增加及NO減少在很大程度上取決于精確確的噴氫系統(tǒng)、噴射正時(shí)及點(diǎn)火正時(shí)2006年8月由北京工業(yè)大學(xué)、北京益麥斯科技有限公司和北京飛馳綠能電源技術(shù)有限公司聯(lián)合成功改造了一輛可使用汽油和氫氣混合燃料的1. 6 L依蘭特轎車(chē)該車(chē)在冷啟動(dòng)、暖機(jī)、怠速和小負(fù)荷采用純氫氣運(yùn)行接近零排放在

7、中等負(fù)荷采用汽油混氫燃燒排放和油耗進(jìn)一步降低在大負(fù)荷采用純汽油模式確保了車(chē)輛在高負(fù)荷的動(dòng)力性目前該車(chē)己運(yùn)行了350 km未發(fā)生任何安全問(wèn)題和進(jìn)氣管回火高負(fù)荷爆震亦得到了很好控制2007年6月我國(guó)自主研制的第一臺(tái)氫內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)在長(zhǎng)安集團(tuán)點(diǎn)火成功標(biāo)志著我國(guó)氫內(nèi)燃機(jī)技術(shù)取得了突破性進(jìn)展但綜合來(lái)看我國(guó)在氫內(nèi)燃機(jī)研究方面起步較晚 在大規(guī)模制氫、增壓技術(shù)、 氫氣供應(yīng)與安全系統(tǒng)、 控制策略、 排放控制技術(shù)、 綜合電子管理系統(tǒng)等許多關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域還處于起步和空白階段 從研究的內(nèi)容看大都僅限于高等院校的原理探索關(guān)鍵技術(shù)的差距較大 整體技術(shù)水平較低 3（1）汽油摻氫 向汽油中添加一定量的氫氣也能夠改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能Luc

8、as和Richards3對(duì)氫氣一汽油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了研究在起動(dòng)和怠速時(shí)僅將氫作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)保持向發(fā)動(dòng)機(jī)加入氫燃料的質(zhì)量不變逐漸增加汽油的量研究結(jié)果表明燃用氫氣一汽油雙燃料可以使發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗率降低30%左右當(dāng)節(jié)氣門(mén)全開(kāi)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)都有較高的熱效率 從燃料儲(chǔ)存方面講混氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)所需的氫氣量不大主要是作為添加劑加入天然氣、汽油等燃料中達(dá)到提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率、降低化石燃料消耗和排放的目的在現(xiàn)階段混氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)較之純氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)更容易在目前的汽車(chē)上實(shí)現(xiàn)推動(dòng)氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展（2）增壓氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)由于使用增壓進(jìn)氣容易改造和中冷技術(shù)的發(fā)展4增壓氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)逐漸成為研究的熱點(diǎn)（3

9、）液氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)液氫作為燃料的首要好處就是能量密度很大此外低溫的氫氣進(jìn)入氣缸可以提高過(guò)量空氣系數(shù)、抑制早燃的發(fā)生、減少NO的排放一些研究結(jié)果也表明液氫作為燃料可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率抑制非正常燃燒現(xiàn)象并且能夠顯著改善排放品質(zhì)但是氫氣液化的難度大、成本高、可靠性難以保證導(dǎo)致目前很難使用在現(xiàn)有汽車(chē)上但其仍然是清潔發(fā)動(dòng)機(jī)未來(lái)發(fā)展的方向（4）缸內(nèi)直噴氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)直噴氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)是目前發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域最受矚目的一項(xiàng)技術(shù)此項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于可以提高過(guò)量空氣系數(shù)和壓縮比有效避免早燃并目能夠提高輸出功率改善熱效率但此技術(shù)還需要解決一些問(wèn)題諸如:燃燒室內(nèi)混合氣不均勻、噴氫時(shí)刻、數(shù)量、點(diǎn)火時(shí)刻難以精確控制等問(wèn)題（5）內(nèi)外結(jié)

10、合式的氫發(fā)動(dòng)機(jī)在采用缸內(nèi)高壓噴射時(shí)由于氫噴入缸內(nèi)會(huì)吸熱氫的自燃溫度又高導(dǎo)致著火困難采取缸內(nèi)噴射與進(jìn)氣道噴射相結(jié)合的方式噴氫(如圖1.1示)使得少量氫和空氣在進(jìn)氣管1預(yù)混后進(jìn)入氣缸其余大部分氫氣在壓縮末期高壓噴入氣缸可以有效改善發(fā)動(dòng)機(jī)的著火性能從而降低了NO的排放日本古濱莊一等人采用缸內(nèi)噴射(噴射壓力為5 M P a)和預(yù)混(過(guò)量空氣系數(shù)為4)相結(jié)合的方式進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果表明與全部預(yù)混的方式相比這種方式更有利于在過(guò)量空氣系數(shù)附近正常燃燒并能獲得較低的NO排放量2 圖1.1 內(nèi)外混合式結(jié)合的氫發(fā)動(dòng)機(jī)1.3 摻氫燃燒存在的問(wèn)題及研究方法（1）能量密度低從前面表1.1可看出氫氣的體積理論空燃比僅為2.38

11、這表明氫氣在混合氣中占有大量的體積從而嚴(yán)重影響充量系數(shù)降低了輸出功率同時(shí)由于前述早燃的影響混合氣不能太濃進(jìn)一步影響功率.所以從總體上來(lái)看氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性一般不如同樣排量的汽油機(jī)盡管氫氣的質(zhì)量熱值很高 T and等人的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率最低僅有汽油機(jī)的50%2可以通過(guò)適當(dāng)提高壓縮比、減小進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力、采用增壓技術(shù)、利用缸內(nèi)直噴技術(shù)等提高動(dòng)力性（2）不正常燃燒氫燃料在進(jìn)氣口噴射的發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒會(huì)產(chǎn)生一些不正常的燃燒問(wèn)題主要是指回火、早燃和爆震回火就是新鮮充量在進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉之前就被點(diǎn)燃造成火焰竄入進(jìn)氣管.早燃是指混合氣充入氣缸后在進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉后火花塞點(diǎn)火前就被點(diǎn)燃.早燃很容易和爆震相混淆

12、因?yàn)閮烧叩谋憩F(xiàn)是相似的但實(shí)際上它們還是有區(qū)別的爆震是在火花塞點(diǎn)火后出現(xiàn)的可以通過(guò)推遲點(diǎn)火時(shí)間來(lái)控制而早燃則不行回火和早燃對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響很大回火在嚴(yán)重的情況下會(huì)造成進(jìn)氣管炸裂.另外由于進(jìn)氣管中的充量被燃燒完也可造成發(fā)動(dòng)機(jī)突然停車(chē).早燃加速了燃料放熱率使缸內(nèi)燃燒溫度和壓力大大提高造成發(fā)動(dòng)機(jī)比較大的震動(dòng)反過(guò)來(lái)缸內(nèi)溫度和壓力的提高又進(jìn)一步將著火時(shí)間提前形成惡性循環(huán)使發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法正常工作（3）排氣污染問(wèn)題 氫氣燃燒溫度較高一般達(dá)2 000 K以上在混合氣較濃的情況下NOx的含量較高另外氫氣作為一種不含碳元素的燃料理論上其燃燒產(chǎn)物中應(yīng)該不含CO 、CH、碳煙等有害物但是由于有時(shí)潤(rùn)滑油會(huì)進(jìn)入燃燒室并被燃燒所以

13、氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)很難做到?jīng)]有任何碳排放為了盡可能減少這種排放Stockhausen等人在實(shí)驗(yàn)中提高發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體表面粗糙度減少活塞裙部與缸壁的距離并且采用高硅共品鑄鋁活塞和小環(huán)間隙的活塞環(huán)這樣潤(rùn)滑油進(jìn)入氣缸的機(jī)會(huì)大幅降低不僅降低了排放同時(shí)還降低了由于碳?xì)淙剂先紵诟變?nèi)產(chǎn)生熱點(diǎn)的可能性抑制了早燃的發(fā)生2（4）存儲(chǔ)及制造問(wèn)題目前燃?xì)淦?chē)僅有一些概念車(chē)還遠(yuǎn)未達(dá)到推廣應(yīng)用階段其主要原因是車(chē)用氫發(fā)動(dòng)機(jī)用氫時(shí)還存在一些問(wèn)題:第一是低溫高壓液氫的儲(chǔ)存這是最關(guān)鍵的技術(shù);第二氫能利用不普及加氫站少影響了燃?xì)淦?chē)的續(xù)航單程;第三是制取氫的設(shè)備價(jià)格昂貴制取氫的成本太高盡管氫發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)用化過(guò)程中仍需做大量艱巨的工作但氫發(fā)動(dòng)機(jī)的

14、研究在氫經(jīng)濟(jì)時(shí)代的背景下將會(huì)得到快速發(fā)展有著廣闊的前景在建立理想模型后通過(guò)理論計(jì)算來(lái)證明摻氫燃燒的可行性通過(guò)分析汽油機(jī)排放物生成機(jī)理、影響因素在總結(jié)前人的研究成果的基礎(chǔ)上論述了汽油機(jī)摻氫燃燒的可行性以及對(duì)經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的分析計(jì)算在綜合了應(yīng)用價(jià)值規(guī)律在適當(dāng)提高成本但是大幅提高功能的基礎(chǔ)上提高設(shè)計(jì)產(chǎn)品（發(fā)動(dòng)機(jī)）的價(jià)值充分應(yīng)用科學(xué)技術(shù)的新成果和新經(jīng)驗(yàn)9分析并通過(guò)引用實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明汽油機(jī)摻氫燃燒在理論和實(shí)踐方面均是可行的最后將一些關(guān)于摻混燃燒的新技術(shù)取其精華綜合利用并照顧到經(jīng)濟(jì)性從而針對(duì)175F汽油機(jī)這一具體機(jī)型進(jìn)行摻氫裝置設(shè)計(jì)2 理論分析與計(jì)算2.1 摻氫機(jī)燃燒理論分析 為研究汽油機(jī)摻氫后混合氣的形成

15、和燃燒規(guī)律首先有必要研究純氫氣機(jī)的理論循環(huán)以明確燃料的熱力學(xué)性質(zhì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)的影響從而為改善性能指標(biāo)指明方向重點(diǎn)對(duì)排放性能的一個(gè)分析 為研究方便將純氫氣機(jī)的工作循環(huán)看作是一個(gè)封閉的不可逆循環(huán)在循環(huán)中用氫氣和空氣的混合物作為工質(zhì)燃燒時(shí)其化學(xué)成分發(fā)生變化現(xiàn)假設(shè)循環(huán)滿足以下條件: （1）進(jìn)氣和排氣沒(méi)有流動(dòng)損失;（2）進(jìn)氣過(guò)程沒(méi)有熱交換進(jìn)入氣缸后的混合氣仍具有外界空氣的溫度而且保證充量系數(shù);（3）壓縮和膨脹都是在變絕熱指數(shù)情況下進(jìn)行的絕熱指數(shù)只考慮比熱隨溫度的變化;（4）燃燒和壓力下降都是在上止點(diǎn)瞬時(shí)進(jìn)行的并且容積不變;（5）閥門(mén)的開(kāi)閉時(shí)間準(zhǔn)確地與上、下止點(diǎn)重合; (6）工質(zhì)進(jìn)行理想

16、的混合和燃燒沒(méi)有任何熱損失燃燒的發(fā)熱系數(shù)等于1燃燒時(shí)的熱損失主要是理論空氣含量不足 對(duì)于缸內(nèi)直接噴射的話還需補(bǔ)充的是：氫氣是在活塞處于下止點(diǎn)處一瞬間進(jìn)入氣缸的氫氣帶入氣缸內(nèi)的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化成熱能 圖2.1 純氫發(fā)動(dòng)機(jī)理論循環(huán)示功圖3a-進(jìn)氣過(guò)程終了 b-膨脹過(guò)程終了c-壓縮過(guò)程終了 o-大氣狀態(tài)z-燃燒過(guò)程終了 r-燃燒產(chǎn)物下列為各循環(huán)計(jì)算中的符號(hào)的含義： -噴嘴出口的氣流速度 -氣缸中的氣體流速G-摩爾氫的質(zhì)量 -氫燃料混合氣的低熱值m-摩爾氫所需的空氣摩爾數(shù) P-壓力T -溫度 u-內(nèi)能-平均摩爾比熱容 a-過(guò)量空氣系數(shù)-理論分子容積變化系數(shù) -殘余廢氣系數(shù)-壓縮比 -實(shí)際分子容積變化系數(shù)（

17、1） 進(jìn)氣過(guò)程根據(jù)假設(shè)充氣效率等于 1此時(shí)殘余廢氣系數(shù)由下式求得: （2.1）式中： -環(huán)境溫度-剩余廢氣的溫度-壓縮比進(jìn)氣時(shí)缸內(nèi)氣體的溫度為： （2.2）進(jìn)氣口處的氫氣溫度即進(jìn)入氣缸時(shí)的氫氣溫度據(jù)假設(shè)條件可以按臨界溫度來(lái)算lmol氫以動(dòng)能形式帶入氣缸內(nèi)的熱量為: 5 （2.3）式中 M-氫的摩爾質(zhì)量 C1-氫氣的初速 C2-氫氣的終速 根據(jù)假設(shè) Qk 最終表示為： （2.4） k 為絕熱指數(shù) 則氣體的最終混合溫度即壓縮前的氣體溫度由下式求出:20 （2.5）式中： -1mol氫完全燃燒所需的理論空氣量 -氫氣的平均定容摩爾比熱容 -空氣的平均定容摩爾比熱容壓縮起點(diǎn)的壓力可根據(jù)混和氣的溫度來(lái)計(jì)

18、算對(duì)于新鮮混和氣在缸內(nèi)時(shí)的體積與在外界條件下的條件變化不大可得: （2.6）（2） 壓縮和膨脹過(guò)程壓縮和膨脹過(guò)程為絕熱過(guò)程缸內(nèi)氣體滿足以下方程： （2.7）式中 -絕熱指數(shù) r-溫度線性關(guān)系中的系數(shù) 根據(jù)氣體狀態(tài)方程可得： （2.8） 對(duì)上式進(jìn)行積分得： （2.9）由此由工程熱力學(xué)中初終態(tài)參數(shù)的關(guān)系：6 （2.10） 由上式由可得到壓縮過(guò)程結(jié)束時(shí)缸內(nèi)的壓力： （2.11）（2.10）、（2.11）即為壓縮過(guò)程的計(jì)算公式同理可得到膨脹過(guò)程的計(jì)算公式： （2.12） （2.13）(3)燃燒的熱平衡方程： （2.14）式中： -氫燃料的低熱值為240.7×103kJ/mol -燃燒產(chǎn)物在該

19、過(guò)程的平均摩爾比熱容 -新鮮混合氣在這個(gè)過(guò)程的平均定容摩爾比熱容 燃燒過(guò)程結(jié)束時(shí)壓力也可求得： （2.15）(4)熱效率： （2.16） -示功圖中腳標(biāo)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的燃燒產(chǎn)物內(nèi)能; U-示功圖上腳標(biāo)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的新鮮氫空氣混合氣內(nèi)能：(5)理論循環(huán)平均指示壓力： （2.17）當(dāng)采用內(nèi)部混合氣形成方式時(shí)由于缸內(nèi)氣體壓力增加且?guī)霘飧變?nèi)的熱量增加平均指示壓力按(m + 1)/m的比值增加 （2.18）由（2.15）式可知理論燃燒模型中燃燒過(guò)程結(jié)束時(shí)的壓力主要的影響因素有實(shí)際分子容積變化系數(shù)、殘余廢氣系數(shù)壓縮過(guò)程終了時(shí)的壓力以及溫差其中實(shí)際分子容積變化系數(shù)、殘余廢氣系數(shù)即為混合氣的成分的表征參數(shù)在壓縮終了時(shí)的壓

20、力取決于內(nèi)燃機(jī)的壓縮比綜上在氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)中對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能的主要影響因素是混合氣的成分以及壓縮比以下計(jì)算時(shí)取氫的低熱值為 240.7103 kJ/mol 大氣狀態(tài)為 代入相關(guān)的數(shù)值可以作出其混合氣成分（即為氫氣在整個(gè)混合氣體中所占的體積百分?jǐn)?shù)）和壓縮比對(duì)熱效率的影響以及混合氣成分和壓縮比對(duì)平均有效壓力的關(guān)系： 圖2.1 混合氣成分和壓縮比對(duì)熱效率的影響通過(guò)上圖2.1我們可以知道隨著含氫量的減少熱效率不斷地增加由其是當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)小于1時(shí)隨著氫含量的減少熱效率迅速增加另一方面隨著過(guò)量空氣系數(shù)的增加熱效率也增加另一個(gè)特征就是隨著壓縮比的增加熱效率增加總的就是混合氣中氫氣成分增加即過(guò)量空氣系數(shù)減小熱效

21、率減小壓縮比增加熱效率增加 圖2.2 混合氣成分和壓縮比對(duì)平均有效壓力的關(guān)系由圖2.2可知隨著壓縮比的增加平均有效壓力增加但是當(dāng)壓縮比達(dá)到一定程度后對(duì)平均有效壓力的影響漸漸減小在理論空燃比附近時(shí)平均有效壓力最大混合氣過(guò)濃或者過(guò)稀平均有效壓力都會(huì)減小理論循環(huán)的平均指示壓力的表示式為兩項(xiàng)的乘積其中第一項(xiàng)表示單位容積的新鮮混合氣的發(fā)熱量或輸人發(fā)動(dòng)機(jī)的能量而第二項(xiàng)是這部分能量在理論循環(huán)中的利用程度當(dāng)a值不變時(shí)第一項(xiàng)也不變因此平均指示壓力隨壓縮比增加而增加的情況只取決于理論循環(huán)熱效率與壓縮比之間的關(guān)系當(dāng)混合氣成分變化時(shí)PT也隨著變化當(dāng)a=1時(shí)PT達(dá)到最大值2.2 影響動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)性能參數(shù)的理論分析上一節(jié)所

22、述的為對(duì)于純氫氣動(dòng)力的理論模型分析及其影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能的因素針對(duì)汽油摻氫動(dòng)力其影響因素也是成立的下面分析的是汽油摻氫后動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)性能汽油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能可以由平均有效壓力來(lái)表示.根據(jù)資料它等于:7 （2.16） （2.17） 式中： -純汽油燃料時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)平均有效壓力 MPa: -純汽油燃料時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率： -純汽油燃料時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)有效熱效率： -汽油低熱值 53593 kJ/mol -純汽油燃料時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管狀態(tài)下空氣密度kg/m3; -純汽油燃料時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)量空氣系數(shù) -空氣一汽油理論混合比(質(zhì)量比); 上標(biāo)加 " ' "為使用混合燃料后的各參數(shù) 設(shè)為燃料F的低熱值為燃料

23、F的理論混合比.假定代用燃料F以重量比X與汽油摻燒其重量比為: （2.18） 其中-待用燃料消耗量 kg/h -汽油消耗量 kg/h 則混合燃料的低熱值為： （2.19）混合氣的理論混合比： （2.20）由（2.16）、（2.17）兩式可得 （2.21）代入（2.19）、（2.20）代入可得： （2.22） 令 （2.23） （2.24）式中M0具有明顯的物理意義它表明了當(dāng)量比的混合氣熱值變化情況可以稱(chēng)作理論混合比熱值變化系數(shù)是混合燃料的一個(gè)重要指標(biāo).當(dāng)M0<1時(shí)混合氣的熱值降低; M0>1時(shí)熱值增加.K則代表了實(shí)際混合比熱值變化情況可以稱(chēng)作實(shí)際混合氣熱值變化系數(shù)由于這兩個(gè)參數(shù)直接

24、關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的變化因此可以借助它們來(lái)大致確定不同代用燃料的摻比從而保證摻燒代用燃料后發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性不會(huì)有大的變化已知?dú)錃獾娜加偷蜔嶂禐?120 KJ/g 汽油低熱值為 43.4 KJ/g 氫氣的理論混合比 34.3 汽油的理論混合比 14.5代入上式后計(jì)算得當(dāng)X=2% 時(shí) M0=1.01當(dāng)X=10% 時(shí)M0=0.986當(dāng)X=50% 時(shí)M0=0.95當(dāng)X=85% 時(shí)M0=0.936當(dāng)X=100%時(shí)M0=0.932可見(jiàn)汽油機(jī)摻燒氫氣不會(huì)大幅度地降低混合氣的熱值從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)氫氣是汽油機(jī)的一種較好的代用燃料尤其是在摻氫比例在10%以下時(shí)隨著氫氣摻燒比的提高M(jìn)0下降較快混合氣熱值降低得比較明顯這時(shí)

25、需采取其它措施如通過(guò)適當(dāng)提高壓縮比來(lái)提高熱效率才可以不至于造成發(fā)動(dòng)機(jī)的功率損失由于氣體燃料會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率所以摻燒氫氣還須進(jìn)一步考慮其它因數(shù) （2.25）該式較明顯地表明了影響發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的各種因素:有效熱效率的變化充氣效率的變化混合氣熱值的變化及混合氣過(guò)量空氣系數(shù)的變化通過(guò)上述的計(jì)算分析可知摻混氫氣燃燒后內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性（低熱值）稍有降低但是很小所以在動(dòng)力性方面汽油機(jī)摻氫的理論方面是行得通的圖所示為一臺(tái)BJ492Q發(fā)動(dòng)機(jī)以2.2%摻氫實(shí)驗(yàn)摻氫前后的功率和熱效率與過(guò)量空氣系數(shù)及轉(zhuǎn)速的關(guān)系5 圖2.3 摻氫前后的功率與過(guò)量空氣系數(shù) 圖2.4 摻氫前后的熱效率與充量系數(shù)由圖可見(jiàn)在最大功率點(diǎn)摻氫

26、時(shí)的功率比純汽油時(shí)高不存在功率損失的問(wèn)題:而在中小轉(zhuǎn)速下有功率損失還可以看到摻氫后發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率受到嚴(yán)重影響 原因是摻入的氫氣占去了一部分氣缸工作容積減少了進(jìn)氣量.但高速時(shí)這種影響略有減少而且摻氫實(shí)現(xiàn)了稀混合氣燃燒過(guò)量空氣系數(shù)有所提高.充氣效率的降低和過(guò)量空氣系數(shù)的提高是造成功率下降的主要原因另外發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率有所提高在高速時(shí)更為明顯這是氫氣的燃燒特性決定的.通過(guò)以上分析計(jì)算可以看出摻氫后過(guò)量空氣系數(shù)增大充氣效率下降會(huì)對(duì)功率帶來(lái)不利影響低速時(shí)雖然由于混合燃料的熱值有提高而且燃料熱效率有所提高但是由于充氣效率下降較多所以就造成了在低速時(shí)有功率損失.隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高功率損失減少以至于在4000

27、r/min時(shí)沒(méi)有功率損失這是由于隨著轉(zhuǎn)速的提高氣效率下降變少熱效率提高的幅度變大的綜合作用結(jié)果通過(guò)該實(shí)驗(yàn)結(jié)果也可以知道在汽油機(jī)動(dòng)力性方面在中小負(fù)荷時(shí)功率有所損失在大負(fù)荷時(shí)功率基本上沒(méi)有損失在最大功率點(diǎn)還有所提高而且摻氫機(jī)的過(guò)量空氣系數(shù)比純汽油機(jī)的大可以實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒在燃油經(jīng)濟(jì)性排放性方面都有很好的效果雖然在低轉(zhuǎn)速時(shí)充氣效率不及純汽油機(jī)但是其熱效率有所提高所以整體來(lái)說(shuō)汽油機(jī)摻氫燃燒在動(dòng)力性方面是行的通的下圖為天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)實(shí)驗(yàn)室針對(duì)192Q發(fā)動(dòng)機(jī)所做的一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：8特性曲線最高綜合熱效率（%）最高熱效率（%）最低汽油消耗率（g/kW.h）最低汽油消耗率下降率（%）純汽油汽油-氫氣純汽油汽油-氫氣

28、負(fù)荷特性1600r/min24.0525.87.37340.95278.822.32000r/min24.3825.96.24334.8278.4620.242400r/min20.3521.787.03382.7345.4410.52外特性22.8225.612.18363.7268.8735.26通過(guò)該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知汽油一氫氣燃料燃燒與純汽油燃料燃燒相比加氫后發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合熱效率提高較明顯經(jīng)濟(jì)性改善可觀具有節(jié)能意義在中等轉(zhuǎn)速(2000r/min左右)、中等負(fù)荷(60%負(fù)荷左右)下綜合熱效率的提高率約為7%15%在低轉(zhuǎn)速、低負(fù)荷下綜合熱效率提高率約為14%20%在接近高轉(zhuǎn)速、高負(fù)荷工況下綜合熱效

29、率提高率約為3%左右外特性曲線上最高綜合熱效率的提高率約為10%左右加氫燃燒可以較多地節(jié)省汽油具有節(jié)油意義在中等負(fù)荷、中等轉(zhuǎn)速下汽油油耗率下降約為20%25%;在低轉(zhuǎn)速、低負(fù)荷下汽油油耗率下降率約為20%35%;在接近高負(fù)荷下汽油油耗率下降率約為5%10%通過(guò)上述數(shù)據(jù)可知摻氫后經(jīng)濟(jì)性有明顯提高平均來(lái)說(shuō)汽油機(jī)油耗下降20%25%其理論分析如下：由于氫氣具有點(diǎn)火能量低化學(xué)反應(yīng)速度快擴(kuò)散速率高等特點(diǎn)所以在汽油一空氣混合氣中添加少量的氫氣可以使發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒的著火延遲期大大縮短火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌烊紵某掷m(xù)期縮短在燃燒稀混合氣的條件下燃燒過(guò)程的中后期改善尤為明顯另外由于氫氣的加入使雙原子分子相對(duì)增加使燃燒絕熱

30、指數(shù)提高使熱效率明顯提高由公式 9 （2.26） ：燃油消耗率 ：有效熱效率 ：混合氣的低熱值（前面計(jì)算變化很小）由上式可知熱效率的明顯提高燃油消耗率將會(huì)明顯減小有明顯的節(jié)油效果綜上汽油機(jī)在摻氫燃燒后經(jīng)濟(jì)性方面有明顯的提高2.3 影響排放性能的分析汽車(chē)排放的污染物以及與交通源相關(guān)的主要污染物有：一氧化碳（CO）、氮氧化合物（）、碳?xì)浠衔铮℉C）（包括苯、苯并芘）和微粒等在相同工況下汽油機(jī)排放的COHC NO的排放量比柴油機(jī)大因此目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)汽油機(jī)主要限制CO HC NO的排放汽車(chē)排放污染物主要由內(nèi)燃機(jī)造成的并隨著內(nèi)燃機(jī)種類(lèi)及工況的改變而變化10（1） CO生成機(jī)理及影響因素： 生成機(jī)理：

31、CO是烴燃料燃燒的中間產(chǎn)物排氣中的CO主要是在局部缺氧或低溫下由于烴的不完全燃燒產(chǎn)生的是汽油機(jī)排氣中有害成分濃度最大的物質(zhì)CO生成的機(jī)理比較復(fù)雜但一般認(rèn)為燃料分子(CRH)經(jīng)高溫氧化生成CO要經(jīng)歷如下步驟: RH一R一ROz一RCHO一RCO一CO 這里R代表碳?xì)涓?燃料完全燃燒時(shí)空燃比為14.7 當(dāng)空氣不足時(shí)空燃比小于14.7 CO的生成率主要受混合氣濃度（空燃比）的影響對(duì)于濃混合氣而言沒(méi)有足夠的氧使燃油中的碳完全燃燒成CO不過(guò)即使在稀混合氣中由于燃燒產(chǎn)物CO及水的高溫離解反應(yīng)也可能生成一部分CO影響因素：1進(jìn)氣溫度T的影響一般情況下冬天的溫度可以達(dá)到零下二十度以下夏天在30°C以

32、上爬坡時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)罩內(nèi)溫度大于80°C隨著環(huán)境溫度的上升空氣密度變小而汽油的密度幾乎不變供給的混合氣的空燃比隨著吸入氣體溫度的上升而變濃排出的CO將增加在一定的運(yùn)載條件下進(jìn)氣溫度越高空燃比越小2大氣壓力P的影響大氣壓力隨著海拔高度而變化經(jīng)驗(yàn)公式為： 11 h 為海拔高度（Km） Kg/ 可以認(rèn)為空氣密度和壓力成正比混合比和空氣密度的平方根成正比這樣可知當(dāng)進(jìn)氣管壓力降低時(shí)空氣密度下降使混合比下降從而使混合氣過(guò)濃這將影響CO的排放3進(jìn)氣管真空度的影響當(dāng)汽車(chē)急劇減速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)真空度大于負(fù)68KPa以上時(shí)停留在進(jìn)氣系統(tǒng)中的燃料在高真空度下急劇蒸發(fā)而進(jìn)入燃燒室造成混合氣瞬時(shí)過(guò)濃致使燃燒狀況惡化CO

33、濃度將顯著增加到怠速時(shí)的濃度4怠速轉(zhuǎn)速的影響提高怠速轉(zhuǎn)速可以有效地降低排氣中CO濃度但是怠速過(guò)高會(huì)加大挺桿的響聲對(duì)液力變扭汽車(chē)還可能發(fā)生溜車(chē)的危險(xiǎn)如果這些問(wèn)題得到解決一般從凈化的觀點(diǎn)看希望怠速轉(zhuǎn)速規(guī)定高一點(diǎn)好5發(fā)動(dòng)機(jī)工況的影響發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷一定時(shí)CO的排放量隨轉(zhuǎn)速增加而降低到一定的車(chē)速后變化不大當(dāng)車(chē)速增加時(shí)CO很快降低至中速后變化不大這是由于化油器供給發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比隨流量的增加接近于理論空燃比的結(jié)果(2）HC生成機(jī)理及影響因素：汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中的未燃HC都是在缸內(nèi)燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的主要由以下三種途徑產(chǎn)生：1在汽缸內(nèi)的燃燒過(guò)程中產(chǎn)生并隨廢氣排出此部分HC 主要是在燃燒過(guò)程中未燃燒或燃燒不完全的碳?xì)淙剂?從

34、燃燒室通過(guò)活塞組與汽缸之間的間隙漏入曲軸箱的竄氣中含有大量未燃燃料如果排入大氣中也構(gòu)成HC排放物3從汽油機(jī)的燃油系統(tǒng)蒸發(fā)的燃油蒸氣生成機(jī)理：1火焰在壁面淬冷火焰淬冷的形成方式有單壁和雙壁淬冷前者當(dāng)火焰接近汽缸壁時(shí)由于缸壁附近混合氣溫度較低使氣缸壁面上薄薄的邊界層內(nèi)的溫度降低到混合氣自燃溫度以下導(dǎo)致火焰熄滅邊界層內(nèi)的混合氣未燃燒或未燃燒完全就直接進(jìn)入排氣而形成未燃HC此邊界層稱(chēng)為淬熄層發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其厚度在0.050.4mm之間變動(dòng)在小負(fù)荷時(shí)或者溫度較低時(shí)淬熄層較厚；后者是在活塞頂部和氣缸壁所組成的很小的環(huán)形間隙中火焰?zhèn)鞑贿M(jìn)去使其中的混合氣不能燃燒在膨脹過(guò)程中逸出形成HC排放2狹隙效應(yīng)在發(fā)動(dòng)機(jī)

35、內(nèi)的燃燒室內(nèi)有各種狹窄的間隙如活塞組與汽缸壁之間的間隙、火花塞中心電極與絕緣根部周?chē)M窄空間和火花塞之間的間隙、進(jìn)排氣門(mén)與氣門(mén)座面形成的密封狹縫、汽缸蓋墊片處的間隙等當(dāng)間隙小到一定程度火焰不能進(jìn)入便會(huì)產(chǎn)生未燃HC3潤(rùn)滑油膜對(duì)燃油蒸氣的吸附與解吸在進(jìn)氣過(guò)程中汽缸壁面和活塞頂面上的潤(rùn)滑油膜溶解和吸收了進(jìn)入汽缸的可燃混合氣中的碳?xì)浠衔镎魵庵敝吝_(dá)到其環(huán)境壓力下的飽和狀態(tài)這種溶解和吸收過(guò)程在壓縮和燃燒過(guò)程中的較高壓力下繼續(xù)進(jìn)行在燃燒過(guò)程中當(dāng)燃燒室中的HC濃度由于燃燒而下降至很低時(shí)油膜中的HC開(kāi)始向已燃?xì)饨馕诉^(guò)程將持續(xù)到膨脹和排氣過(guò)程一部分解吸的燃油蒸氣與高溫的燃燒產(chǎn)物混合并被氧化；其余部分與較低溫度

36、的燃?xì)饣旌弦蚨荒苎趸蔀镠C排放源由于潤(rùn)滑油膜吸附和解吸的機(jī)理產(chǎn)生的未燃HC排放占其總量的25%左右4內(nèi)燃機(jī)內(nèi)沉積物的影響發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后會(huì)在燃燒室壁面、活塞頂、進(jìn)排氣門(mén)上形成沉積物從而使HC排放增加 5體積淬熄發(fā)動(dòng)機(jī)在某些工況下火焰前鋒面到達(dá)燃燒室壁面前由于燃燒室壓力和溫度下降太快可能使火焰熄滅成為體積淬熄這也是產(chǎn)生未燃HC的一個(gè)原因發(fā)動(dòng)機(jī)在冷啟動(dòng)和暖機(jī)工況下由于發(fā)動(dòng)機(jī)溫度較低混合氣不夠均勻?qū)е氯紵易兟蛘卟环€(wěn)定火焰易熄滅；發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速或者小工況下轉(zhuǎn)速低相對(duì)殘余廢氣量大使滯燃期延長(zhǎng)燃燒惡化也易引起熄火更為極端的情況是發(fā)動(dòng)機(jī)的某些氣缸缺火使未燃燒的可燃混合氣直接排入排氣管造成未燃HC排

37、放急劇增加故汽油機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的工作可靠性對(duì)排放是至觀重要的6碳?xì)浠衔锏暮笃谘趸诎l(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程中未燃燒的碳?xì)浠衔镌谝院蟮呐蛎浐团艢膺^(guò)程中不斷從間隙容積、潤(rùn)滑油膜、沉積物和淬熄層中釋放出來(lái)重新擴(kuò)散到高溫的燃燒產(chǎn)物中被全部或部分氧化稱(chēng)為碳?xì)浠衔锏暮笃谘趸绊懸蛩兀?未燃HC排放主要是由于缸內(nèi)混合氣過(guò)濃、過(guò)稀或者局部混合不均引起燃燒不完全而造成的造成燃燒不完全的因素大致有混合氣的質(zhì)量、發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行條件、燃燒室結(jié)構(gòu)參數(shù)及點(diǎn)火與配氣正時(shí)等1混合氣質(zhì)量的影響混合氣質(zhì)量的優(yōu)劣主要體現(xiàn)在燃油的物化蒸發(fā)程度、混合氣的均勻性、空燃比和缸內(nèi)殘余廢氣系數(shù)的大小等方面混合氣的均勻性越差則HC排放越多當(dāng)空燃比略大于理

38、論空燃比時(shí)HC有最小值；混合氣過(guò)濃或者過(guò)稀均會(huì)發(fā)生不完全燃燒廢氣過(guò)多將會(huì)導(dǎo)致火焰中心的形成與火焰的傳播受阻甚至出現(xiàn)斷火致使HC增加 2運(yùn)行的條件 負(fù)荷的影響：當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)HC排放量絕對(duì)值將隨著廢氣流量變大而幾乎呈線性增加 轉(zhuǎn)速的影響：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)排放明顯下降這是由于氣缸內(nèi)的混合氣的擾流作用、渦流擴(kuò)散等改善了氣缸內(nèi)的燃燒過(guò)程點(diǎn)火時(shí)刻的影響：點(diǎn)火延遲（點(diǎn)火提前角減小）可以使得HC排放下降這是由于點(diǎn)火延遲使得混合氣燃燒時(shí)的激冷壁面面積減小同時(shí)使排氣溫度增高從而使排氣溫度升高促進(jìn)了HC在排氣管內(nèi)的氧化壁溫的影響：燃燒室的壁溫直接影響了激冷層和HC的排氣后反應(yīng)燃燒室面容比的影響：燃燒室面容比大單位容

39、積的激冷面積也隨著增大激冷層中的未燃烴量必然也增加（3）氮氧化物的生成機(jī)理及影響因素生成機(jī)理：內(nèi)燃機(jī)中氮氧化物主要是NO但在進(jìn)入空氣后會(huì)很快被氧化成二氧化氮氮氧化物的生成機(jī)理與HC及CO不同它不是混合氣不完全燃燒的結(jié)果與燃燒的擴(kuò)散、燃?xì)獾幕旌蠞舛确植?、火焰濃度分布及熱的傳?dǎo)等一系列因素有關(guān)反應(yīng)機(jī)理十分復(fù)雜汽油機(jī)中基本不含氮的成分氮氧化物的生成主要來(lái)源于燃燒所需要的空氣中的氮?dú)夂脱鯕庠诟邷刈饔孟滤l(fā)生的熱反應(yīng)機(jī)理（即Thermal NO反應(yīng)機(jī)理）此機(jī)理認(rèn)為與可以很快達(dá)到平衡狀態(tài)的燃燒反應(yīng)速度相比NO生成過(guò)程比較緩慢對(duì)溫度的依賴性比較大需要吸收較多的熱量一般要到火焰后期才產(chǎn)生有關(guān)反應(yīng)其反應(yīng)基本過(guò)程

40、是：12 N + OH NO +H 上述反應(yīng)過(guò)程稱(chēng)之為生成NO擴(kuò)大的多唯奇鏈反應(yīng)機(jī)理汽油機(jī)的燃燒在高壓下進(jìn)行并且燃燒過(guò)程進(jìn)行得很快反應(yīng)層很薄且反應(yīng)時(shí)間很短早期燃燒產(chǎn)物受到壓縮而溫度上升使得易燃?xì)怏w溫度高于剛結(jié)束燃燒的火焰帶的溫度因此除混合氣很稀的區(qū)域外大部分NO在離開(kāi)火焰帶的已燃?xì)怏w中產(chǎn)生只有很少部分產(chǎn)生在火焰帶中也就是說(shuō)燃燒和的產(chǎn)生是彼此分離的應(yīng)主要考慮已燃?xì)怏w中的生成氮氧化物的生成主要取決于燃燒溫度及氧的濃度在氧濃度較稀且高溫情況下NO生成濃度為最高高溫時(shí)最重要的條件即使氧很充分但如果燃燒溫度不高氧的分解進(jìn)程也很慢NO的生成濃度低此外氮氧化物的濃度還與混合氣在高溫下的滯留時(shí)間有關(guān)在高溫下滯

41、留時(shí)間愈長(zhǎng)則氮氧化物的濃度越大因此點(diǎn)火提前角對(duì)氮氧化物生成率有顯著的影響隨著點(diǎn)火提前角的減小最高燃燒溫度降低燃?xì)庠诟邷叵聹魰r(shí)間縮短氮氧化物的生成幾率隨之下降并且在稀混合氣時(shí)氮氧化物生成率下降的效果更加明顯其原因在于濃混合器中氮氧化物基本上是由火焰初期的一氧化氮反應(yīng)生成而在稀混合氣中氮氧化物主要在火焰后期的已燃?xì)怏w中產(chǎn)生此時(shí)NO的生成速度較低因此在足夠的氧濃度條件下溫度越高和反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)則氮氧化物的生成量越大影響因素： 1過(guò)量空氣系數(shù)和燃燒室溫度的影響由于過(guò)量空氣系數(shù)直接影響燃燒時(shí)氣體的溫度和氧氣的濃度所以對(duì)氮氧化物的生成影響是很大的當(dāng)其小于1時(shí)由于缺氧即使燃燒室內(nèi)溫度很高氮氧化物的生成量仍會(huì)

42、隨著過(guò)量空氣系數(shù)降低而降低此時(shí)氧濃度占主要因素當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)大于1時(shí)氮氧化物的生成隨著溫度的升高而迅速增加此時(shí)溫度其主要作用2殘余的廢氣分?jǐn)?shù)的影響汽油機(jī)中燃燒室內(nèi)的混合氣由空氣、已蒸發(fā)的燃油蒸氣和已燃?xì)饨M成后者是前一工作循環(huán)留下的殘余廢氣或由廢氣在循環(huán)系統(tǒng)中從排氣管回流到進(jìn)氣管并進(jìn)入氣缸的燃燒廢氣當(dāng)可燃混合氣中廢氣分?jǐn)?shù)增大時(shí)既減小了可燃?xì)獾陌l(fā)熱量又增大了混合氣的比熱容都使最高燃燒溫度下降從而使NO排放降低3點(diǎn)火時(shí)刻的影響由于點(diǎn)火時(shí)刻對(duì)燃燒室溫度和壓力有明顯的影響因此其對(duì)NO的生成的影響也很大增大點(diǎn)火提前角即使較大部分燃料在壓縮上止點(diǎn)前燃燒增大了最高燃燒壓力值從而導(dǎo)致較高的燃燒溫度并使已燃?xì)怏w在

43、高溫下停留的時(shí)間較長(zhǎng)這兩個(gè)因素都將導(dǎo)致NO排放量增大因此延遲點(diǎn)火和使用比理論混合氣較濃或較稀的混合氣都能使NO排放降低但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率降低嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性因此應(yīng)慎重對(duì)待摻氫后發(fā)動(dòng)機(jī)在廢氣污染物的排放方面具有比常規(guī)石油燃料發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)本節(jié)分別討論了摻氫后對(duì)各種排放物的影響（1）對(duì)CO的影響：據(jù)上面的分析可知在摻氫后氫氣相對(duì)于其他燃料具有更加寬廣的著火界限(空氣中體積含量:4%-75% )因此氫氣作為內(nèi)燃機(jī)的燃料可以進(jìn)行稀薄燃燒顯著改善起動(dòng)性能提高燃油經(jīng)濟(jì)性并使燃燒反應(yīng)更加完全由于氫氣的存在氫氣的燃燒速度快從而使燃燒更加充分在完全燃燒的條件下碳氧化物的生成主要是

44、二氧化碳而不是一氧化碳下圖為對(duì)192Q發(fā)動(dòng)機(jī)的摻氫實(shí)驗(yàn)結(jié)果：8 圖2.5 功率對(duì)濃度的影響曲線 （2）對(duì)HC的影響：氫氣的淬熄距離為0. 64mm僅為汽油的1/3較小的淬熄距離可以使火焰?zhèn)鞑ブ两咏鼩飧妆谏踔量梢赃_(dá)到活塞余隙將進(jìn)入活塞環(huán)與缸壁縫隙的混合氣點(diǎn)燃使得燃燒更加完全也就不存在壁面的淬冷及狹隙效應(yīng)等從而降低HC化合物的排放 圖2.6 功率對(duì)濃度的影響曲線 （3）對(duì)的影響（也是最主要的影響）一般而言燃燒室的溫度愈高燃燒室高溫持續(xù)時(shí)間愈長(zhǎng)在燃燒室高溫條件下氧氣和氮?dú)獾臐舛扔逳O的排放量也愈多應(yīng)該注意到氫發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生異常燃燒時(shí)常使燃燒室的溫度急劇增加從而導(dǎo)致NO有害排放物增加因此控制NO的排放量和控制異常燃燒是密不可分的許多控制技術(shù)也是一致的還應(yīng)指出在某種程度上燃燒室的高溫