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人生最大的幸福，是发现自己爱的人正好也爱着自己。 1 绪论 1.1 掺氢燃烧的选题背景与意义 　　全球大概有一半的汽油是消耗在公路上 随着石油资然的日益紧缺 汽车节能与排放控制已成为所有汽车人不可推卸的责任 21世纪世界各国将共同面临环境污染日趋加剧和石油资源短缺的严峻挑战 现在各国都在寻找替代能源 大力发展低污染、节能的清洁燃料汽车 用以解决所面临的问题 　　氢燃料被认为是未来最理想的车用能源之一 [1]氢作为车用能源有两种主流的转化方式 以质子交换方式的车用燃料电池发动机和以现有车用内燃机为基础的燃用氢的车用发动机 燃料电池以其功率大、效率高和无污染等优点被认为是替代石油燃料发动机的理想解决方案之一 但由于目前一些技术尚不成熟 而且成本很高 近期内又难以解决;而发展氢内燃机相对来说更容易实现 只需对传统内燃机作一些修改;此外 氢内燃机对氢纯度的要求也没有燃料电池那么严格 而且在内燃机应用方而 现有企业己经拥有了大量的经验 所以很多人认为 发展氢内燃机是未来一段时间内的最好选择 　　由于氢气的特性 如表1.1:着火界限比汽油更宽广 所需点火能量比汽油小得多 火焰传播速度快等特点 在汽油机中加入少量的氢气 以改善燃烧 提高热效率 实现稀混合气燃烧 节省汽油 通过大量的台架试验和汽车道路试验 充分证实了燃汽油掺氢比燃纯氢既避免了回火、早燃等不正常的燃烧 同时 在目前氢气价格较昂贵的情况下 采用少量的氢气而起到节能、节油及改善环境污染的效果 具有明显的经济效益和社会效益 表1.1 各种燃料的化学、物理及燃烧特性[2] 性能 燃料 汽油 氢气 氮气 甲醇 乙醇 分子量 91.4 2.02 17.03 52.04 46.7 空然质量比 14.5 34.3 6.1 6.5 9.0 空然体积比 45.79 2.38 3.57 7.14 14.3 燃烧热值（mJ/kJ） 43.4 120.1 18.6 20.1 26.9 着火界限 1.3~7.6 4.1~74 16~25 6.0~37 3.5~19 火焰最大传播速度 0.37 2.91 0.010 0.52 - 绝热火焰温度 2637 2758 2484 2576 2594 自燃温度 257 574 651 470 392 辛烷值 试验机用 91~100 130 130 110 106 汽车用 82~94 - - 87 89 熄火间隙 0.2 0.064 - 0.203 - 空气中扩散率 0.08 0.63 - 0.2 - 1.2 国内外的研究现状及其发展趋势 1.2.1 国内外的研究现状 目前 在国外 一些汽车公司己经研制出氢燃料发动机汽车 如2003年己有多辆宝马745、750型氢燃料发动机汽车在柏林市投入使用 并计划在此后4年内实现小批量投产和上市 2000年宝马公司研制的氢发动机汽车在法国创造了9项速度纪录 该车装备 6升V12氢燃料内燃机 最大功率为 210 kW(285马力) 0～100 km/ h 加速约 6 s 最高速度达302. 4 km/ h.它的惊人表现清楚地证明 氢动力汽车的性能完全可以做到丝毫不逊于传统能源动力 2005 年初 福特汽车公司宣布佛罗它成为世界上第一个正式生产氢燃料发动机的汽车制造商 该发动机采用顺序多点气态氢气喷射 采用双螺旋压缩机机械增压器 增压压力0. 15 MPa 压缩比9 每缸2气门 水空中冷器 排量6. 75 L 额定功率173 kW 2006年7月17日 福特纯氢燃料V-10发动机正式投产 福特公司宣称 氢气能够将内燃机效率提高25 %～30 % 而这一效率已和氢燃料电池大致一样 在氢燃料内燃机工作过程中 包括二氧化碳在内的污染物排放几乎可以忽略不计 目前福特E-x:50型氢燃料公共汽车正在佛罗里达州试运行;马自达公司也推出了配备RX - 8氢转子发动机的跑车；Nissan的FCVX - Trail也处在测试阶段;日本武藏工业大学和Nissan汽车公司长期合作不断将液氢发动机汽车的研究推向新的高度；三菱重工则进行了大功率氢内燃机压燃试验 [1] 　　我国氢发动机的研究开始于20世纪80年代初 国内一些高校和科研单位对内燃机燃氢和燃氢双燃料内燃机等进行了实验研究 [2]其中 浙江大学与日本武藏工业大学合作进行液氢发动机的试验研究 试验采用了缸内直接喷射 并用模糊神经网络控制 试验结果表明氢气发动机的异常燃烧、动力增加及NO减少在很大程度上取决于精确确的喷氢系统、喷射正时及点火正时 2006年8月 由北京工业大学、北京益麦斯科技有限公司和北京飞驰绿能电源技术有限公司联合成功改造了一辆可使用汽油和氢气混合燃料的1. 6