测试试验 汽车实用技术 ＡＵＴＯＭＯＢＩＬＥ ＡＰＰＬＩＥＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２０Ｉ８年２Ｏｌ８ 第１期 Ｎ０．１ １０．１６６３８／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７１—７９８８．２０１８．０１．０４１ 浅析氢燃料ＨＣＣＩ发动机 王文彬 （华北水利水电大学，河南郑州４５００４５） 摘要：文章介绍了氢燃料ＨＣＣＩ发动机，氢燃料与ＨＣＣＩ燃烧方式相结合可以有效的降低污染物的排放。文中从 氢燃料ＨＣＣＩ发动机的实现方式，氢燃料ＨＣＣＩ燃烧缺陷及处理方法等方面进行了分析。 关键词：氢燃料；ＨＣＣＩ；燃烧 中图分类号：Ｕ４６３．８文献标识码：Ａ文章编号：１ ６７１—７９８８（２０１ ８）０１—１ ２４—０２ Ｔｈｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｕｅｌ ＨＣＣＩ Ｅｎｇｉｎｅ Ｗａｎｇ Ｗｅｎｂｉｎ （Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ，Ｈｅｎａｎ Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００４５） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｆｕｅｌ ＨＣＣＩ ｅｎｇｉｎｅ，ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｆｕｅｌ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ａｎｄ ＨＣＣＩ ｃａｌｌ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｄｕｃｅ ｐｏｌｌｕｔａｎｔ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ．Ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ ｏｆｈｙｄｒｏｇｅｎ ｕｅｌｆｅｄ ＨＣＣＩ ｅｎｇｉｎｅ ｎｄ ａｔｈｅ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｄｅｆｅｃｔｓ ａｎｄ ｒｔｅａｔｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆｈｙｄｒｏｇｅｎ ｆｕｅｌ ＨＣＣＩ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｆｕｅｌ；ＨＣＣＩ；ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ＣＬＣ ＮＯ．：Ｕ４６３．８ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ Ｃｏｄｅ：Ａ Ａｒｔｉｃｌｅ ＩＤ：１６７１－７９８８（２０１８）０１－１２４—０２ ＨＣＣＩ可有效降低氮氧化物排放。Ｎ０生成有两个因素，高 刖置 温和氮氧在高温中滞留的时间。ＨＣＣＩ发动机本身的燃烧温度 相对传统发动机较低，相对于燃料燃烧的化学反应，Ｎ０生成 的化学反应速度相对较慢，只有少量的Ｎ０是在火焰当中生 成，其余大部分是在火焰过后的高温己燃气体中形成，在 ＨＣＣＩ中氮氧在高温环境当中停滞的时间不足，导致ＮＯ的生 成量大幅度减少。所以与传统的汽油柴油机相比ＨＣＣＩ发动机 在部分负荷工况下Ｎ０排放可降低９５％一９８％。ＨＣＣＩ最大的缺陷 随着化石能源的减少，环境污染日益严重，传统的汽油、 柴油发动机己不能满足可持续发展要求，急需寻找一种新型 替代燃料和更加合理的燃烧模式。氢气作为一种无碳能源， 可以很大程度上减少有害尾气的排放，是一种理想的新型替 代能源。ＨＣＣＩ可有效降低ＰＭ、ＮＯｘ等有害尾气的排放。把氢 燃料与ＨＣＣＩ相结合，不仅可以减少环境污染问题而且还能有 效缓解能源危机。 １ ＨＣＣ 就是由于使用较强的ＥＧＲ，使得Ｈｃ、ｃ０的排放较高。 ２氢燃料ＨＣＣＩ发动机 氢燃料ＨＣＣＩ就是用氢气来替代传统的燃料达到均值低 温压燃的燃烧效果，纯氢燃料相对于传统燃料有着天然的优 势，氢气里面不含碳元素，也就是说在燃烧过程中不会产生 ＰＭ、Ｈｃ、ｃ０等含Ｃ污染气体。把氢作为单一燃料应用到常规 发动机上基本上只有Ｎ０一种污染物。而ＨＣＣＩ可有效降低ＮＯ ＨＣＣＩ最主要的燃烧特征是：ａ．均值，ｂ．低温，Ｃ．压燃。 ＨＣＣＩ采用稀薄混合气燃烧，中小负荷燃烧时速度快，接近等 容燃烧，由于ＨＣＣＩ燃烧温度较低，传热损失较少，因此ＨＣＣｌ 能够获得较高的热效率，节省燃料，提高发动机的经济性。 作者简介：王文彬，男，就读华北水利水电大学机械学院机械电子 工程。 排放，把氢气与ＨＣＣＩ相结合起到了Ｉ＋ｉ＞２的效果，有效的降 低污染物排放，甚至不产生任何有害气体。 ２０１８年第１期 王文彬：浅析氢燃料ＨＣＣＩ发动机 １２５ ３氢燃料ＨＣＣＩ发动机实现方式 目前，把氢气作为燃料应用到ＨＣＣＩ发动机有两种方式， 一４氢燃料ＨＣＣＩ燃烧缺陷及处理 ＨＣＣＩ通过控制缸内混合气温度，浓度以及成分来间接实 缺乏一种直接有效的强制性控制性手段对其燃烧过程进行控 制，如果发动机运行工况发生变化，ＨＣＣＩ发动机只能依靠改 种是氢气和低燃点燃料掺烧，另外一种是使用纯氢气作为 现对着火以及燃烧过程的控制，相比汽油柴油机ＨＣＣＩ发动机 燃料。 ３．１掺烧 氢气和低燃点燃料掺烧就是在压缩过程中由低燃点燃料 变内部温度、浓度来补偿，这样的话ＨＣＣＩ的瞬态响应就会先 天比传统发动机弱。而氢燃料ＨＣＣＩ也存在同样的问题，不过 引燃氢气，而且这一方式在国内的研究较多。根据Ｎ０的生成 它可以通过火花塞点火辅助解决瞬态响应慢的问题。 机理可知，ＨＣＣＩ对改善氢发动机Ｎ０排放是可行的。因为氢 氢燃料ＨＣＣＩ存在的另外一个问题是纯氢燃烧速率过快 气的燃烧速度要高于一般燃料的燃烧速度，通过掺氢燃烧可 以提高整体的燃烧速度，缩短主放热阶段，减少氮氧在高温 中滞留的时间，从而降低氢燃料ＨＣＣＩ发动机Ｎ０排放水平。 ３．２纯氢 由于ＨＣＣＩ使用低温压缩着火的方式，对燃料的自然温度 有一定的要求，自然温度不能太高，否则对发动机的结构和 制造要求太高以至于很难实现。氢气的自然温度是５４７￣Ｃ， 而传统压燃式发动机使用的柴油的自然温度约２５０℃，远低 于氢气的自然温度。把ＨＣＣＩ与氢燃料相结合一般采用两种方 法： （１）提高压缩终了混合气温度 一般提高压缩比终了混合气温度的措施有：提高 缩比， 进气道空气加热，废气再循环（ＥＧＲ）等。较高的压缩比可以 得到较高压缩温度，进气道空气加热提高进气温度，ＥＧＲ提 高缸内混合气温度。通常是多种措施相结合使用，提高提高 压缩终了混合气温度。 （２）火花塞点火辅助 火花塞点火辅助类似于传统的汽油机，保留了火花塞点 火能够使得ＨＣＣＩ过程有了更多的控制，火花塞能够引燃氢 气，这样就能避免失火现象的出现，而且火花塞还能够控制 着火时刻，大负荷和冷启动情况下能够使用传统的火花塞点 燃模式工作，使氢气的燃烧在各个工况下有所保障。 导致爆震现象。氢燃料ＨＣＣＩ形成爆震的主要原因是氢气的燃 烧速度过快，为解决这个问题，可以通过添加抑制剂，在一 定程度上抑制氢气过快的燃烧速度，降低火焰传播速度，从 而改善爆震现象。 ５结语 氢燃料ＨＣＣＩ发动机作为一种新型高效低污染发动机，对 于汽车尾气污染问题，氢燃料ＨＣＣＩ发动机为我们提供了～个 很好的选择，如果能够大范围的推广使用，可以很大程度上 缓解大气污染问题。 参考文献 【１】Ｍ．Ｍｏｈａｍｅｄ￣ｒａｈｉｍ，Ａ．Ｒａｍｅｓｈ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ ｏｎ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｉｎｔａｋｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｃｈａｒｇｅ ｄｉｌｕｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｆｕｅｌｅｄ ＨＣＣＩ ｅｎｇｉｎｅ［Ｊ］．Ｉｎｔ Ｊ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｅｎｅｒｇｙ．２０１４．０７：１４０９７—１４１０８． 【２】Ａ．Ａｚｉｚ Ｈａｉｒｕｄｄｉｎ，ＴＭａｌ Ｙｕｓａｆ，Ａｎｄｒｅｗ Ｐ．Ｗａｎｄｅ１．Ａ ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｈｙｄｒｏ —ｇｅｎ ａｎｄ ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｉｎ ｄｉｅｓｅｌ ＨＣＣＩ ｅｎｇｉｎｅｓ［Ｊ】．Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｎａｄ Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｖｉｅｗｓ．２０１４．０１：７４７—７５７． 【３】Ｚｕｎｈｕａ Ｚｈａｎｇ，Ｑｉｎａ Ｘｉｅ，Ｊｕｎｊｉｅ Ｌｉａｎｇ，Ｇｅｓｈｅｎｇ Ｌｉ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ａ ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ ＨＣＣＩ ｅｎｇｉｎｅ ｗｉｔｈ ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ ｅｘｈａｕｓｔ—ｇａｓ ｆｕｅｌ ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｎｇｉｎｅ ｅｒｉｎｇ．２０１ ７．０３：４３０－４３７．
