氢气燃料汽车性能与排放潜力的分析



氢气燃料汽车性能与排放潜力的分析

氢气被认为是未来汽车的一种最具价值的燃料。以氢气作为燃料可以降低对进口化石燃料的依赖，减少温室气体的排放。目前，应用氢气作为燃料仍然有一些关键的问题需要解决，如成本高、技术复杂、尺寸大以及高负荷时效率低等。结合氢燃料发动机的应用以及氢燃料发动机的最新研究成果，对氢燃料汽车的性能和排放进行了分析。重点研究了氢-氧反应机理，对氢燃料发动机进行了一系列设计。要实现将传统发动机改造为氢燃料发动机，需要在硬件升级、气缸内外部混合气体的形成以及安全要求等方面进行研究。

氢气密度小、单位质量的能量密度高、可燃混合气体浓度范围大、燃烧速度快、自燃温度较高、点火能量低以及在空气中的扩散系数大，这些特性决定了氢燃料发动机可以在混合气浓度较稀的条件下运行、燃烧充分、压缩比高、不需要节流阀、燃烧效率高、氢气泄漏时能迅速扩散，但对储存条件要求高、容易产生回火现象、NOx的排放量会增加。根据氢气的属性，对传统发动机燃烧室形状、润滑方式及润滑材料、火花塞点火温度、燃料供给系统及铸造材料等方面进行改进，可以消除回火现象，减少燃烧异常。控制氢燃料发动机燃料与空气的当量比≤0.6，可使NOx的排放量降到最低。采用适当的燃气喷射和混合气形成策略，对喷嘴进行设计，可提高氢燃料发动机功率，进一步降低NOx的排放。安装氢气检测传感器、火焰检测器并进行适当的通风设计，确保氢燃料汽车的安全性。目前，氢燃料发动机技术基于传统的内燃机技术。从长远来看，由于氢燃料所具有的突出优点，针对氢燃料特点设计的专用氢燃料发动机将会产生。

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

编译：王祥