【正文】 ——實(shí)際分子容積變化系數(shù)（1） 進(jìn)氣過程根據(jù)假設(shè)，充氣效率等于 1，此時，殘余廢氣系數(shù)由下式求得: （）式中： ——環(huán)境溫度——剩余廢氣的溫度——壓縮比進(jìn)氣時，缸內(nèi)氣體的溫度為： （）進(jìn)氣口處的氫氣溫度，即進(jìn)入氣缸時的氫氣溫度。lmol氫以動能形式帶入氣缸內(nèi)的熱量為: [5] （）式中 M——?dú)涞哪栙|(zhì)量 C1——?dú)錃獾某跛貱2——?dú)錃獾慕K速 根據(jù)假設(shè) Qk 最終表示為： （） 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] （）式中： ——1mol氫完全燃燒所需的理論空氣量 ——?dú)錃獾钠骄ㄈ菽柋葻崛? ——空氣的平均定容摩爾比熱容壓縮起點(diǎn)的壓力可根據(jù)混和氣的溫度來計(jì)算。 U——示功圖上腳標(biāo)對應(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： （）當(dāng)采用內(nèi)部混合氣形成方式時，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 （）由（）式可知理論燃燒模型中燃燒過程結(jié)束時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)壓縮過程終了時的壓力以及溫差。綜上，在氫燃料發(fā)動機(jī)中對發(fā)動機(jī)的性能的主要影響因素是混合氣的成分以及壓縮比。另一方面，隨著過量空氣系數(shù)的增加，熱效率也增加?？偟木褪腔旌蠚庵袣錃獬煞衷黾蛹催^量空氣系數(shù)減小熱效率減小，壓縮比增加熱效率增加。在理論空燃比附近時平均有效壓力最大，混合氣過濃或者過稀平均有效壓力都會減小。當(dāng)a值不變時，第一項(xiàng)也不變。當(dāng)混合氣成分變化時，PT也隨著變化。 影響動力、經(jīng)濟(jì)性能參數(shù)的理論分析上一節(jié)所述的為對于純氫氣動力的理論模型分析，及其影響發(fā)動機(jī)性能的因素。下面分析的是汽油摻氫后動力、經(jīng)濟(jì)性能。 ——純汽油燃料時發(fā)動機(jī)過量空氣系數(shù) ——空氣一汽油理論混合比(質(zhì)量比)。 設(shè)為燃料F的低熱值，其重量比為: （） 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： （）混合氣的理論混合比： （）由（）、（）兩式可得 （）代入（）、（）代入可得： （） 令 （） （）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，可以稱作理論混合比熱值變化系數(shù)，1時，混合氣的熱值降低。由于這兩個參數(shù)直接關(guān)系到發(fā)動機(jī)動力性的變化，因此可以借助它們來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)動機(jī)的動力性不會有大的變化。從這一點(diǎn)來說，氫氣是汽油機(jī)的一種較好的代用燃料。這時，需采取其它措施，如通過適當(dāng)提高壓縮比來提高熱效率，才可以不至于造成發(fā)動機(jī)的功率損失。 （）該式較明顯地表明了影響發(fā)動機(jī)動力性的各種因素: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量空氣系數(shù)的變化。%摻氫實(shí)驗(yàn)，摻氫前后的功率和熱效率與過量空氣系數(shù)及轉(zhuǎn)速的關(guān)系。 原因是摻入的氫氣占去了一部分氣缸工作容積。另外，發(fā)動機(jī)熱效率有所提高，在高速時更為明顯，這是氫氣的燃燒特性決定的.通過以上分析計(jì)算可以看出，摻氫后，過量空氣系數(shù)增大，充氣效率下降，會對功率帶來不利影響。通過該實(shí)驗(yàn)結(jié)果也可以知道在汽油機(jī)動力性方面，在中小負(fù)荷時功率有所損失，在大負(fù)荷時功率基本上沒有損失，在最大功率點(diǎn)還有所提高。雖然在低轉(zhuǎn)速時充氣效率不及純汽油機(jī)，但是其熱效率有所提高，所以整體來說，汽油機(jī)摻氫燃燒在動力性方面是行的通的。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)荷工況下綜合熱效率提高率約為3%左右。加氫燃燒可以較多地節(jié)省汽油，具有節(jié)油意義。在低轉(zhuǎn)速、低負(fù)荷下，汽油油耗率下降率約為20%~35%。通過上述數(shù)據(jù)，可知摻氫后經(jīng)濟(jì)性有明顯提高平均來說汽油機(jī)油耗下降20%~25%。在燃燒稀混合氣的條件下，燃燒過程的中后期改善尤為明顯。使熱效率明顯提高。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。在相同工況下汽油機(jī)排放的CO,HC, NO的排放量比柴油機(jī)大，因此目前國家標(biāo)準(zhǔn)中對汽油機(jī)主要限制CO, HC, NO的排放。[10] 汽車排放污染物的生成機(jī)理及影響因素（1） CO生成機(jī)理及影響因素： 生成機(jī)理：CO是烴燃料燃燒的中間產(chǎn)物。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?。對于濃混合氣而言，沒有足夠的氧使燃油中的碳完全燃燒成CO，不過，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。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30176。C。在一定的運(yùn)載條件下，進(jìn)氣溫度越高，空燃比越小。這樣可知，當(dāng)進(jìn)氣管壓力降低時，空氣密度下降，使混合比下降，從而使混合氣過濃，這將影響CO的排放。CO濃度將顯著增加到怠速時的濃度。但是，怠速過高會加大挺桿的響聲，對液力變扭汽車，還可能發(fā)生溜車的危險(xiǎn)。發(fā)動機(jī)工況的影響發(fā)動機(jī)負(fù)荷一定時，CO的排放量隨轉(zhuǎn)速增加而降低，到一定的車速后，變化不大。這是由于化油器供給發(fā)動機(jī)的空燃比隨流量的增加接近于理論空燃比的結(jié)果。主要由以下三種途徑產(chǎn)生：在汽缸內(nèi)的燃燒過程中產(chǎn)生并隨廢氣排出，此部分HC 主要是在燃燒過程中未燃燒或燃燒不完全的碳?xì)淙剂稀钠蜋C(jī)的燃油系統(tǒng)蒸發(fā)的燃油蒸氣。狹隙效應(yīng)在發(fā)動機(jī)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圍狹窄空間和火花塞之間的間隙、進(jìn)排氣門與氣門座面形成的密封狹縫、汽缸蓋墊片處的間隙等。潤滑油膜對燃油蒸氣的吸附與解吸在進(jìn)氣過程中，汽缸壁面和活塞頂面上的潤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?，直至達(dá)到其環(huán)境壓力下的飽和狀態(tài)，這種溶解和吸收過程在壓縮和燃燒過程中的較高壓力下繼續(xù)進(jìn)行。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的燃?xì)饣旌?，因而不能氧化成為HC排放源。內(nèi)燃機(jī)內(nèi)沉積物的影響發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時間后，會在燃燒室壁面、活塞頂、進(jìn)排氣門上形成沉積物，從而使HC排放增加。發(fā)動機(jī)在冷啟動和暖機(jī)工況下，由于發(fā)動機(jī)溫度較低混合氣不夠均勻，導(dǎo)致燃燒室變慢或者不穩(wěn)定，火焰易熄滅；發(fā)動機(jī)在怠速或者小工況下,轉(zhuǎn)速低，相對殘余廢氣量大，使滯燃期延長燃燒惡化，也易引起熄火。碳?xì)浠衔锏暮笃谘趸诎l(fā)動機(jī)燃燒過程中未燃燒的碳?xì)浠衔铮谝院蟮呐蛎浐团艢膺^程中不斷從間隙容積、潤滑油膜、沉積物和淬熄層中釋放出來，重新擴(kuò)散到高溫的燃燒產(chǎn)物中被全部或部分氧化，稱為碳?xì)浠衔锏暮笃谘趸??；旌蠚赓|(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。當(dāng)空燃比略大于理論空燃比時，HC有最小值；混合氣過濃或者過稀均會發(fā)生不完全燃燒，廢氣過多將會導(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。 轉(zhuǎn)速的影響：發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速較高時，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)的燃燒過程。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)。（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)入空氣后會很快被氧化成二氧化氮。汽油機(jī)中基本不含氮的成分，氮氧化物的生成主要來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）。汽油機(jī)的燃燒在高壓下進(jìn)行，并且燃燒過程進(jìn)行得很快，反應(yīng)層很薄且反應(yīng)時間很短。也就是說，燃燒和ＮＯ的產(chǎn)生是彼此分離的，應(yīng)主要考慮已燃?xì)怏w中ＮＯ的生成。在氧濃度較稀且高溫情況下，NO生成濃度為最高。此外，氮氧化物的濃度還與混合氣在高溫下的滯留時間有關(guān)，在高溫下滯留時間愈長，則氮氧化物的濃度越大。并且在稀混合氣時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NO的生成速度較低。影響因素： 過量空氣系數(shù)和燃燒室溫度的影響由于過量空氣系數(shù)直接影響燃燒時氣體的溫度和氧氣的濃度，所以對氮氧化物的生成影響是很大的。當(dāng)過量空氣系數(shù)大于1時，氮氧化物的生成隨著溫度的升高而迅速增加，此時溫度其主要作用。當(dāng)可燃混合氣中廢氣分?jǐn)?shù)增大時，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。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在高溫下停留的時間較長，這兩個因素都將導(dǎo)致NO排放量增大。 摻氫后對汽油機(jī)排放的影響摻氫后發(fā)動機(jī)在廢氣污染物的排放方面具有比常規(guī)石油燃料發(fā)動機(jī)無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。（1）對CO的影響：據(jù)上面的分析可知，在摻氫后　　　氫氣相對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，顯著改善起動性能，提高燃油經(jīng)濟(jì)性并使燃燒反應(yīng)更加完全。下圖為對192Q發(fā)動機(jī)的摻氫實(shí)驗(yàn)結(jié)果：[8] 功率對ＣＯ濃度的影響曲線 （2）對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)鞑ブ两咏鼩飧妆冢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。 功率對ＣＯ濃度的影響曲線 （3）對的影響（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)時間愈長，在燃燒室高溫條件下氧氣和氮?dú)獾臐舛扔?，NOＸ的排放量也愈多。因此，控制NOＸ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。反之提高氫發(fā)動機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性也應(yīng)注意到抑制排放