直接喷射点燃式氢气发动机-- 运行对策和功率密度潜力

摘要

车用内燃机应用可再生的氢燃料不仅需要一个特定的燃烧方法,而且需要优化的运行对策,这样才能提供高功率输出,并在获得高效率的同时消除关键的废气排放.直接喷射的氢气内燃机能提供比传统的汽油燃料发动机更高的性能和更好的动态特性方面的潜力.采用一台专门设计的、配备外部和内部混合气形成系统的单缸试验发动机研究直接喷射(DI)和进气道喷射(PFI)联合运行的潜力和各种喷射压力的效果.用直接喷射时,可以用理想配比混合气高负荷运行.发动机的最大功率输出可以比传统汽油机增大20%以上,而且指示热效率大于33%.对发动机低负荷时用外部形成混合气的稀燃运行进行了研究.采用这样的对策,指示热效率可达40%以上.对于发动机的整个运行范围,提出了一个可达到高功率密度、高热效率和最低环境影响(几乎不排放CO2和NOx)的运行对策.成功地采用了可视化方法改善发动机燃烧系统的设计,并与所用的模拟模型进行比较.开发了诸如缸内压力分析、一维流动模拟和发动机损失分析等模拟工具,并成功应用于本试验发动机的设计.