【正文】 高速工況則容易使燃燒拖后也有助于排溫升高。這樣在進氣閥開啟后，殘余廢氣仍保持較高的溫度。從而使氫氣在進氣行程中即被高溫的殘余廢氣所點燃產生回火。此外，在高壓縮比高負荷下，缸內溫度高，容易造成某些熾熱點(如火花塞，排氣閥頭部等)，則混合氣容易被這些熾熱點點燃而引起早燃。（2）抑制方法采用缸內噴射方式供氫。 采用內部混合氣形成方式，在壓縮行程前期，將低壓氫氣（1MPa左右）直接噴人氣缸，使得缸內充量增加，而且可以消除回火現(xiàn)象，并可有效地控制早燃。特別是冷氫噴射可以大大提高壓縮比，從而還可以改善熱效率和提高輸出功率。采用液態(tài)氫供應正如上面所述的冷氫可以降低進入缸內的氣體的溫度，從而減少爆燃傾向，并消除早燃和回火的有效手段。 進氣系統(tǒng)的總體布置進氣系統(tǒng)布置簡圖如下： 進氣系統(tǒng)布置簡圖其中，氫氣瓶為氫的供給裝置，其中為液態(tài)氫（為抑制異常燃燒的發(fā)生）。 而更先進的辦法是應用含鈦合金板制成的儲氫箱，用以儲存液態(tài)氫。BMW研制一種較實用的儲氫箱，強度很高，結構很像保溫瓶，箱體由兩層隔熱板制成，中間抽空，并裝有防撞裝置和高受熱時少量的自動排出裝置，而最先進的儲氫是一種利用納米碳素纖維來儲存氫氣，正在加速研制中。第二章的理論計算證明：氫氣發(fā)動機汽車從原理上實用是可行的，液態(tài)氫的燃料可以在汽車上應用；即使使用雙燃料的油箱，也不會影響到汽車的正常應用，開起來一樣方便；在汽車制造方面的進一步改進，對氫氣發(fā)動機的批量應用，前景非常的好。在此過程中，很重要的是使液態(tài)氫的氣流化過程。所以在發(fā)動機外面要加一個熱交換器，使氫汽化，經過調節(jié)，從而在缸內形成可燃混合氣體的。 根據(jù)實際發(fā)動機的布置空間，主要對氫氣噴嘴、氫氣導管、氫氣噴射軟管與進氣歧管連接部分等進行選型設計。氫氣供給系統(tǒng)主要包括氫氣儲存鋼瓶、控制閥門、壓力表、熱交換器、減壓調壓器、氫氣壓力傳感器、氫氣穩(wěn)壓、氫氣噴嘴、引管以及各種接頭。氣體燃料由高壓氫氣瓶供給，供給的通斷由手動閥開關控制。在原機缸蓋上靠近發(fā)動機進氣門的位置處加裝了氫氣噴嘴，該氫氣噴嘴的開啟時刻和噴射脈寬由電控單元控制，可以實現(xiàn)對發(fā)動機氫氣噴射提前角、噴射脈寬的調整。改進后的發(fā)動機最大限度的避免了由于使用氫氣可能導致的回火和爆震問題，同時實現(xiàn)氫氣噴射時刻和流量的精確控制。在此簡圖的基礎上，經改裝后的發(fā)動機的進氣部分主要構造簡圖如下： 進氣部分主要構造簡圖下圖為裝配火花塞和噴氫器后的氣缸蓋結構三維實體圖： 氣缸蓋三維實體圖 缸內直噴摻氫機進氣系統(tǒng)具體零件設計（1）發(fā)動機所需要的氫氣噴射量 由ECU控制噴嘴的開啟時間來控制，若要使噴氣量與開啟時間成線性關系，必須控制噴嘴針閥升起時前后壓差保持恒定。由于本系統(tǒng)將氫氣噴射到氣缸內的進氣門附近，所以穩(wěn)壓器的作用是使氫氣噴射前的壓力相對噴射環(huán)境(即氣缸絕對壓力)的壓差始終保持恒定，這樣噴嘴的噴氣量就可以線性地由通電時間決定。（2）流量控制通過各個流量計的信號進行控制，空氣、汽油、氫氣三部分的混合比例。（3）噴射壓力的穩(wěn)定設計了穩(wěn)壓器，以消除在氣體波動或者液體波動的影響下帶來的供氣量不均勻影響。（4）氣體燃料噴射器氣體燃料噴射器是燃料供給系統(tǒng)中最關鍵的裝置，它性能的優(yōu)劣直接影響了燃料的噴射質量，從而影響發(fā)動機的性能。噴嘴設計缸內直接噴氫根據(jù)噴射壓力的不同可以分為低壓噴射和高壓噴射兩種方式。低壓噴射是在進氣閥關閉后低壓噴入氫氣的方式，噴射壓力可降低至1MP，此方式對噴射系統(tǒng)要求不高，也可以有效避免回火，但由于燃料噴射較早，容易發(fā)生早燃，因此不能采用較高的壓縮比。高壓噴射的壓力范圍為8~11 MPa，一般是在上止點前4~10度。曲軸轉角(CA)將燃料噴入，以這種方式運行的氫內燃機壓縮比較高，在12~18之間，因此為了防止早燃與燃燒粗暴，內燃機的點火時刻只比噴氫時刻延遲10 CA左右。上止點前高壓噴氫雖然沒有低壓噴氫時燃燒組織的好，但輸出功率的提高十分明顯，與進氣道內噴氫的內燃機相比功率可以提高40%左右，比使用相同氣缸的汽油機的功率高20%。但是由于氫氣直接噴射，此時缸內的溫度和壓力都不是很高，而且175F汽油機壓縮比難以達到12~18的范圍，所以采用低壓缸內直接噴射。其次，氫氣的密度很小，在噴入氣缸后，氫氣將會在靠近缸蓋處，而且由于采用缸內直接噴射，混合的時間很短，所以混合氣形成的質量不高。所以噴氫器的設計，應能夠合理組織燃燒室氣流的運動，有助于在上止點附近燃燒，產生最大的壓力。綜合上面的所述，為了合理組織混合過程，噴嘴設計成旋流式，如下圖： 旋流式噴嘴 燃燒系統(tǒng)采用“噴束引導法”Csprayguided systel” 氫氣噴嘴靠近火花塞布置，火花塞位于燃油噴束的邊緣，這種方式的優(yōu)點是保證當整個燃燒室內為稀薄混合氣時，火花塞周圍仍能形成可供點火的混合氣濃度。噴氣閥與火花塞在缸頭上非對稱布置，噴氣閥安裝在靠近進氣門處，火花塞靠近排氣門處安裝，噴氣閥正對著火花塞，從噴氣閥中噴出的燃氣束直接噴向火花塞，易于在火花塞周圍形成濃混合氣，在遠離火花塞的區(qū)域形成稀的混合氣，從而形成分層稀薄混合氣，從而降低了燃料消耗，提高了發(fā)動機的輸出功率，同時減少了燃燒后尾氣中有害物的含量，更利于環(huán)境保護。噴氫器零件圖[24] 噴氫器圖為了使進排氣過程更加完善，運動氣流組織更加合理，氣缸蓋剖面圖如下： 氣缸蓋剖面圖各零件三維實體圖如下： 噴氫器 M101137火花塞 零件三維實體圖 整個系統(tǒng)除了要保證可靠的密封外，最重要的是保證在一定系統(tǒng)噴射壓力下，發(fā)動機負荷所要求的供氣量。噴氫器除了流量要求外，還要求具有良好的一致性、可靠性以及動態(tài)開啟特性，這是ECU對噴氣量和噴氣時刻進行精確控制的前提和保證。 小結在汽油空氣混合氣中，加人部分氫氣，可以擴大混合氣的著火界限，提高火焰?zhèn)鞑ニ俣?，有利于稀薄混合氣的快速燃燒，從而可以改進發(fā)動機的經濟性和排放性能。 內部混合氣形成方式（缸內直接噴射氫氣）的氫發(fā)動機，可采用在壓縮行程早期將低壓氫噴入燃燒室內。這樣對噴氫系統(tǒng)要求低，且混合氣形成時間長，混合氣形成較均勻，在現(xiàn)有機型上安裝也較易實現(xiàn)。采用內部混合氣形成方式，有利于實現(xiàn)稀薄混合氣快速燃燒技術，特別是高壓噴射方式可以有效地控制早燃、回火及爆燃等異常燃燒和NO的排放量。針對上述優(yōu)勢，在175F汽油機上采用缸內噴射、液態(tài)供氫、旋流式噴嘴、噴束引導等技術來進行設計。5 總結本文通過大量查閱汽油機摻混燃燒方面的相關文獻，以及對發(fā)動機的經濟性動力性與排放性的了解的基礎上，圍繞汽油機摻氫燃燒如何實現(xiàn)動力性、經濟性以及排放性三者的最優(yōu)化。從分析摻氫燃燒的理論方面著手，通過相應計算與分析，證明摻氫燃燒的可行性，以及理論的摻氫比例、方式，而且著重分析了有害排放物的生成機理以及在摻氫燃燒后對于這些有害排放物的影響，從理論上證明了摻氫后排放性能的提高，并在第三部分通過引用相關實驗數(shù)據(jù)證明摻氫燃燒在實際應用方面的可行性，及在動力性、經濟性、排放性方面的影響。針對摻氫燃燒所具有的優(yōu)點，在第四部分，通過綜合國內外一些缸內直噴的新技術，從而應用到汽油機的摻氫燃燒中，在噴氫方式、噴氫器等方面進行新的設計。但是有一點遺憾的是，由于實驗設備的限制，該設計裝置未能進行實驗來證明，但是通過前面理論分析及類似實驗的數(shù)據(jù)可知在原理上是可行的也將取得相應的效果。而該裝置的實驗研究我將在后續(xù)的學習過程中繼續(xù)進行，并不斷完善。通過這次設計得出如下結論：1）氫燃料作為眾多替代燃料中的一種，具有無污染、可再生的特點，目前可以較為便利地以燃燒的形式應用于現(xiàn)有汽油機上，不需要對現(xiàn)有汽油機進行較大規(guī)模的改動，是最有前途的石油替代燃料之一。2）汽油機摻氫燃燒后，由于氫氣的高擴散性較易在缸內形成較好的混合氣，以及其較低的點火能量和快速的火焰?zhèn)鞑ィ沟没鹧嬖诟變鹊膫鞑ケ燃兤偷娜紵斓枚?，而且拓展了發(fā)動機的著火界限，改善了缸內燃燒，使燃燒持續(xù)期大大減短，從而傳熱損失大大減小。3）汽油機摻氫后，較易實現(xiàn)發(fā)動機的稀薄燃燒，從而在經濟性與排放性方面有較大的改善。6 展望 氫氣是目前所有燃料中，唯一能夠實現(xiàn)燃燒的零排放的燃料。所以在未來的應用上有著廣闊的前景。對于在汽油機上的摻氫燃燒，無需對原機型進行很大的改變便可以實現(xiàn)摻氫燃燒，能夠在各方面的性能上取得很好的效果。所以完全可以相信，在接下來的幾十年，在混合動力時代，摻氫燃燒這一技術將會有著廣闊的應用前景。1）前景是廣闊的，但是同時也必須面對的一些問題是，目前在制氫、儲氫以及價格方面的制約，還有一段很長很艱難的路要走。2）缸內直接噴射氫氣這將是以后發(fā)展的必然趨勢，由于其有較高的能量密度，良好的運轉平穩(wěn)性，而且在排放方面，能夠實現(xiàn)ＮＯ的低排放，缸內直接噴射技術必將有著巨大的發(fā)展前景。參考文獻[1][J].四川兵工學報,2008(12) 6.[2 ][J ] . (7) :621.[3][J],（2）.[4][J]..[5] [D]．．[6][M].高等教育出版社2006，90106[7](第二版)[M].北京:[8][J],（1）14[9][M].[10][M].,1022[11][M].伯通科技電子出版社 15801605.[12][M].國防科技大學出版社 2007,2030.[13] [D]．武漢：武漢理工大學，2008.[14][D]．上海：上海交通大學，2008.[15] [J].(12) 6.[16][D].大連：大連理工大學，2009.[17]Masahiro S. Yusuke H. and Takuji of the High一Speed Hydrogen Engine[A].Proceedings of the 13th World Hydrogen Energy Confereme[C].Beijing，June, 1215 i30abnormal bustion,