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氫氣燃料汽車性能與排放潛力的分析

氫氣被認為是未來汽車的一種最具價值的燃料。以氫氣作為燃料可以降低對進口化石燃料的依賴，減少溫室氣體的排放。目前，應用氫氣作為燃料仍然有一些關鍵的問題需要解決，如成本高、技術復雜、尺寸大以及高負荷時效率低等。結合氫燃料發(fā)動機的應用以及氫燃料發(fā)動機的最新研究成果，對氫燃料汽車的性能和排放進行了分析。重點研究了氫-氧反應機理，對氫燃料發(fā)動機進行了一系列設計。要實現(xiàn)將傳統(tǒng)發(fā)動機改造為氫燃料發(fā)動機，需要在硬件升級、氣缸內外部混合氣體的形成以及安全要求等方面進行研究。

氫氣密度小、單位質量的能量密度高、可燃混合氣體濃度范圍大、燃燒速度快、自燃溫度較高、點火能量低以及在空氣中的擴散系數大，這些特性決定了氫燃料發(fā)動機可以在混合氣濃度較稀的條件下運行、燃燒充分、壓縮比高、不需要節(jié)流閥、燃燒效率高、氫氣泄漏時能迅速擴散，但對儲存條件要求高、容易產生回火現(xiàn)象、NOx的排放量會增加。根據氫氣的屬性，對傳統(tǒng)發(fā)動機燃燒室形狀、潤滑方式及潤滑材料、火花塞點火溫度、燃料供給系統(tǒng)及鑄造材料等方面進行改進，可以消除回火現(xiàn)象，減少燃燒異常?？刂茪淙剂习l(fā)動機燃料與空氣的當量比≤0.6，可使NOx的排放量降到最低。采用適當的燃氣噴射和混合氣形成策略，對噴嘴進行設計，可提高氫燃料發(fā)動機功率，進一步降低NOx的排放。安裝氫氣檢測傳感器、火焰檢測器并進行適當的通風設計，確保氫燃料汽車的安全性。目前，氫燃料發(fā)動機技術基于傳統(tǒng)的內燃機技術。從長遠來看，由于氫燃料所具有的突出優(yōu)點，針對氫燃料特點設計的專用氫燃料發(fā)動機將會產生。

Kunal Kumar Rana et al. SAE 2015-26-0050.

編譯：王祥