《缸内直喷氢发动机性能和燃烧特性试验》

• 来源专题：农机装备
• 编译者： 袁雪
• 发布时间：2025-04-28
• 原文来源：http://www.tcsae.org/article/doi/10.11975/j.issn.1002-6819.202411050

摘要：<；br>；<；span style=“ height:6px；display：block；”>；<；/span>；本研究旨在探索直接喷射氢发动机的性能和燃烧特性。对一台36.8kW非道路用国Ⅳ柴油机的进气歧管和气缸盖进行了改装。然后开发了一台四冲程氢发动机，以研究其在全负荷条件下的性能。系统研究了点火提前角对其燃烧特性和爆震倾向的影响。试验期间，氢发动机运行稳定，完全满足功率输出要求。油门也保持全开。为每个全负荷工况选择了最佳点火正时。发动机转速从800r/min的怠速变化到2500r/min的额定转速。试验结果表明，在氢发动机的整个转速范围内，随着转速的增加，扭矩先增大后减小，在1500 R/min时达到最大值147 N.m。在额定转速为2500 R/min时，获得了36.8 kW的最大功率。在特定的满载条件下，氢耗量在90~95 G/（kW·H）之间，最大值为94.6 G/（kW·H）。随着转速和负荷的增加，排气温度也升高。平均指示压力的变异系数（COVIMEP）在额定功率下最高，但仍仅为5.36%，表明发动机运行稳定。在最大扭矩工作点，改变点火提前角，分析其对氢发动机燃烧特性的影响。一旦点火正时从-7.5°CA提前到-8.3°CA，燃烧重心从上止点后6.7°CA提前到上止点后6.1°CA。完全燃烧持续时间从13.4°CA减少到12.6°CA，而峰值热释放速率从67.3J/（°CA）增加到72.0J/（°CA）。该过程更集中，更接近定容燃烧。然后获得更强烈的缸内燃烧以快速增加缸内压力和温度。燃料燃烧速率加快导致循环之间的燃烧过程不稳定，这进一步增加了COVIMEP。此外，点火正时将缸内温度高于1800K的曲轴转角持续时间从30.7°CA增加到33.1°CA。观察到较长的高缸内温度持续时间使NOx排放从1470ppm增加到1535ppm。在外特性条件（1400 R/min，节气门全开）下，以压力振荡的平均最大振幅（MAPO）选择操作条件。然后改变点火正时以分析点火正时对爆震特性的影响。点火正时使氢发动机的平均MAPO从0.015MPa提高到0.02MPa，缸内压力峰值从5.99MPa提高到6.16MPa。单独的爆震循环表明，爆震主要取决于缸内高温，这导致了未燃混合气的自燃。点火正时导致更多的燃料在上止点之前燃烧并释放热量。随着定容燃烧程度的提高，缸内温度和压力也随之升高。发现未燃混合气的自燃倾向增加，从而增加了氢发动机的爆震倾向。