【正文】 41。 如果讀者對這方面感興趣請聯(lián)系 672526315 。2）缸內(nèi)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(zhuǎn)平穩(wěn)性，而且在排放方面，能夠?qū)崿F(xiàn)ＮＯ的低排放，缸內(nèi)直接噴射技術(shù)必將有著巨大的發(fā)展前景。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(shù)將會有著廣闊的應(yīng)用前景。所以在未來的應(yīng)用上有著廣闊的前景。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(jīng)濟性與排放性方面有較大的改善。通過這次設(shè)計得出如下結(jié)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(yīng)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。但是有一點遺憾的是，由于實驗設(shè)備的限制，該設(shè)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(yīng)的效果。從分析摻氫燃燒的理論方面著手，通過相應(yīng)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(guān)實驗數(shù)據(jù)證明摻氫燃燒在實際應(yīng)用方面的可行性，及在動力性、經(jīng)濟性、排放性方面的影響。針對上述優(yōu)勢，在175F汽油機上采用缸內(nèi)噴射、液態(tài)供氫、旋流式噴嘴、噴束引導(dǎo)等技術(shù)來進行設(shè)計。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)。 小結(jié)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(jīng)濟性和排放性能。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。綜合上面的所述，為了合理組織混合過程，噴嘴設(shè)計成旋流式，如下圖： 旋流式噴嘴 燃燒系統(tǒng)采用“噴束引導(dǎo)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(dāng)整個燃燒室內(nèi)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。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(nèi)直接噴射，混合的時間很短，所以混合氣形成的質(zhì)量不高。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(nèi)噴氫的內(nèi)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%。高壓噴射的壓力范圍為8~11 MPa，一般是在上止點前4~10度。噴嘴設(shè)計缸內(nèi)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。（3）噴射壓力的穩(wěn)定設(shè)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。由于本系統(tǒng)將氫氣噴射到氣缸內(nèi)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。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(dǎo)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。氣體燃料由高壓氫氣瓶供給，供給的通斷由手動閥開關(guān)控制。 根據(jù)實際發(fā)動機的布置空間，主要對氫氣噴嘴、氫氣導(dǎo)管、氫氣噴射軟管與進氣歧管連接部分等進行選型設(shè)計。在此過程中，很重要的是使液態(tài)氫的氣流化過程。BMW研制一種較實用的儲氫箱，強度很高，結(jié)構(gòu)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。 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）。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。（2）抑制方法采用缸內(nèi)噴射方式供氫。從而使氫氣在進氣行程中即被高溫的殘余廢氣所點燃產(chǎn)生回火。原因是在高壓縮比高負荷下，燃料放出的熱量多，以致于排溫有所升高，而高速工況則容易使燃燒拖后也有助于排溫升高。除上述因素外，這種混合氣形成方式下的混合氣形成質(zhì)量、噴射正時、油束分布、點火正時，以及它們之間的配合對其也有很大的影響。一般而言，急劇的壓力升高率除和混合氣形成方式、混合氣濃度有關(guān)外，還和壓縮比、點火時刻、著火延遲等因素有關(guān)。在著火以前，形成了大量的預(yù)混合氣，從而在燃燒初期大量混合氣同時燃燒，如果混合氣濃度適當(dāng)，使燃燒速度很高。 燃燒初期的燃燒壓力升高率過高常常出現(xiàn)在外部混合氣形成方式，且在混合氣較濃的情況下。這三種異常燃燒有時可以相互轉(zhuǎn)化和促進，比如早燃的不斷提前最終可導(dǎo)致回火的發(fā)生。 燃燒過程的早燃現(xiàn)象。 175F汽油機參數(shù)型號175F型式單缸、立式、風(fēng)冷、四沖程缸徑*行程75*75額定功率/額定轉(zhuǎn)速燃油消耗率活塞排量質(zhì)量39Kg（手拉繩啟動方式）怠速1500r/min 175F摻氫系統(tǒng)設(shè)計（進氣系統(tǒng)）對原發(fā)動機的燃料供給系統(tǒng)進行重新設(shè)計。 L，, n=3000 r/min。也證明汽油機摻氫燃燒在實際應(yīng)用上是可行的。原因是發(fā)動機燃用汽油氫氣混合燃燒時，采用稀混合氣運轉(zhuǎn)，雖然“富氧”，但燃燒最高溫度并不增加多少，而燃燒稀混合氣的條件下，對燃燒過程中后期的改善還是很明顯的，這樣縮短了高溫持續(xù)時間，從而NO的排放量比燃汽汽油下降，且隨著負荷減少，燃燒最高溫度下降，故NO排放量進一步下降。對于NO而言，隨發(fā)動機負荷的降低，NO排放量逐漸降低。至于HC的變化規(guī)律同燃用汽油類似，負荷太低時，的增大使燃燒過于緩慢，負荷太高時，完全燃燒程度比中負荷有所下降。在整個負荷變化范圍，HC排放量仍比燃用汽油時為低。即使在原機CO排放量最低的工況，即75%標(biāo)定負荷時，燃用汽油氫氣混合燃料時，CO濃度也下降了約5倍。當(dāng)負荷變小，混合氣濃度降低，燃燒的溫度也就降低，從而NO的排放減少。只有在混合氣較濃的時候燃燒不完全HC的排放增加。隨著負荷的增加，混合氣變濃CO的排量劇增。 排放性分析眾所周知，稀混合氣的快速燃燒，可以控制汽油機有害廢氣排放物(CO , HC和NOx)，加氫后有利于汽油機的稀混合氣快速燃燒，因此，可以改善排放特性。這是因為在高負荷時，加氫量對燃燒速率的提高已不明顯，相反加氫量太多，則會使混合氣變濃導(dǎo)致不完全燃燒和后燃趨勢增加，而使熱效率增加趨緩，當(dāng)加氫量繼續(xù)增加，甚至出現(xiàn)進氣管回火現(xiàn)象。 有效熱效率曲線圖示在發(fā)動機高負荷范圍內(nèi)時，加氫量較少時熱效率為高，而在低負荷時，加氫量較多時，熱效率為高。當(dāng)在75%標(biāo)定工況時，有效功率提高13 . 7 %，節(jié)油率為25 %，由此可見經(jīng)濟性、動力性得到了較大的改善，在中小負荷時效果更明顯。這可由化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)得到解釋，在燃燒時放出大量的OH、H、O等活性中心，可大大地促進燃燒速度，使發(fā)動機燃燒過程更加接近等容過程，因而熱功轉(zhuǎn)換的時間損失減少，熱效率提高，經(jīng)濟性改善。加氫后，功率下降趨緩，在一定范圍內(nèi)隨加氫量增加增加，混合氣著火界限不斷擴大。試驗時氫氣以等流量供給，由調(diào)節(jié)汽油量改變發(fā)動機的功率，在保持發(fā)動機轉(zhuǎn)速不變的工況下，分別供給氫氣46 g/h,70 g/h和92 g/h。3 相關(guān)實驗研究與分析 該部分為通過引用165F汽油機摻氫實驗數(shù)據(jù)，在上一章的理論分析摻氫的可行性的基礎(chǔ)上，再通過該實驗數(shù)據(jù)來證明汽油機摻氫燃燒對汽油機各性能在理論上和實際應(yīng)用上都是可行的。在壓縮行程后期將高壓氫氣直接噴入氣缸，混合氣形成時間短，形成質(zhì)量不佳，燃燒最高溫度有所降低，排放量某種程度上有所抑制。噴射較晚時，燃燒溫度降低，排放量稍有改善。由于此時缸內(nèi)溫度和壓力較低，所以能夠采用低壓噴射。采取缸內(nèi)噴射的內(nèi)部混合氣形成方式的氫氣發(fā)動機比采用外部混合氣形成方式的預(yù)混氫發(fā)動機燃燒溫度低，并且前者除了可以控制回火現(xiàn)象以外，也有助于增加進氣充量，從而增加了氫發(fā)動機的功率，或有助于形成稀薄混合氣燃燒，使溫度降低，從而減少NOＸ排放量?！? 　　 　ｎ＝2300r/min　　 　 過量空氣系數(shù)與NOＸ排放的關(guān)系圖中，由于氫替代汽油，擴展了發(fā)動機稀混合氣運轉(zhuǎn)區(qū)域，故發(fā)動機可在較大的a值下運轉(zhuǎn)，但是NOＸ濃度會有稍有增加。還應(yīng)指出，在某種程度上，燃燒室的高溫和富氧對形成良好混合氣和燃燒是有利的，因此抑制NOＸ的排放量與發(fā)動機保持良好動力性和經(jīng)濟性存在著矛盾，這就要求抑制NOＸ排放量要兼顧發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性。應(yīng)該注意到氫發(fā)動機發(fā)生異常燃燒時，常使燃燒室的溫度急劇增加，從而導(dǎo)致NOＸ有害排放物增加。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。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二氧化碳而不是一氧化碳。本節(jié)分別討論了摻氫后對各種排放物的影響。因此延遲點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，但同時也會導(dǎo)致發(fā)動機熱效率降低，嚴重影響發(fā)動機經(jīng)濟性和運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，因此應(yīng)慎重對待。點火時刻的影響由于點火時刻對燃燒室溫度和壓力有明顯的影響，因此其對NO的生成的影響也很大。殘余的廢氣分數(shù)的影響汽油機中燃燒室內(nèi)的混合氣由空氣、已蒸發(fā)的燃油蒸氣和已燃氣組成，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氣管并進入氣缸的燃燒廢氣。當(dāng)其小于1時，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隨著過量空氣系數(shù)降低而降低，此時氧濃度占主要因素。因此，在足夠的氧濃度條件下，溫度越高和反應(yīng)時間越長，則氮氧化物的生成量越大。因此點火提前角對氮氧化物生成率有顯著的影響，隨著點火提前角的減小，最高燃燒溫度降低，燃氣在高溫下滯留時間縮短，氮氧化物的生成幾率隨之下降。高溫時最重要的條件，即使氧很充分，但如果燃燒溫度不高，氧的分解進程也很慢，NO的生成濃度低。氮氧化物的生成主要取決于燃燒溫度及氧的濃度。早期燃燒產(chǎn)物受到壓縮而溫度上升，使得易燃氣體溫度高于剛結(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在離開火焰帶的已燃氣體中產(chǎn)生，只有很少部分ＮＯ產(chǎn)生在火焰帶中。此機理認為，與可以很快達到平衡狀態(tài)的燃燒反應(yīng)速度相比，NO生成過程比較緩慢，對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)基本過程是：[12] N + OH NO +H 上述反應(yīng)過程稱之為生成NO擴大的多唯奇鏈反應(yīng)機理。氮氧化物的生成機理與HC及CO不同，它不是混合氣不完全燃燒的結(jié)果，與燃燒的擴散、燃氣的混合濃度分布、火焰濃度分布及熱的傳導(dǎo)等一系列因素有關(guān)，反應(yīng)機理十分復(fù)雜。燃燒室面容比的影響：燃燒室面容比大，單位容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。點火時刻的影響：點火延遲（點火提前角減?。┛梢允沟肏C排放下降，這是