【作者】

白杨; 陈皓; 马志豪; 高兢; 罗林雷; 马锐; 褚祥林

【单位】

河南易泰汽车科技有限公司; 河南科技大学; 昆山市易泰汽车科技有限公司

【摘要】

“双碳”背景下，我国急需能源结构优化和调整，氢气作为“零碳”燃料，发展氢能有利于能源加速向绿色化、低碳化方向转型，尤其是将其应用在碳排放占比较大的发电和交通运输领域。随着风电、光电等绿色产业的发展以及高压储氢、管道运氢的技术不断成熟，相关配套产业迎来高速发展期，预计2030年，氢能从成本和使用便利性上开始形成对传统化石燃料的强有力竞争。氢内燃机和氢燃料电池技术是氢能利用的两大技术途径，而前者背靠传统内燃机工业体系，可快速实现产业化，且对氢气纯度要求不高，尤其在成本方面明显低于后者，因此，氢内燃机是氢能利用的最佳途径。目前，国内外最新开发的采用缸内直喷路线的氢内燃机热效率可稳定达到42%以上，最高达到46%。在NOx排放方面，常用工况λ控制在1.8以上可实现欧六排放水平。对于氢内燃机开发，涉及进排气道、燃烧室、气门型线、水套、氢气喷嘴的匹配和落点、喷氢策略等多方面的优化。采用CFD仿真手段是进行方案优化的有效途径，但由于氢气喷射处于超临界状态，CFD结果的准确性需要采用纹影、激波管、燃烧分析等手段进行验证和方法总结。通过上述手段分析发现：喷氢过程的浮升力、重力不可忽略，不同成分的组分输运数据需要分开定义，网格进行细化方可捕捉马赫环现象，多孔喷嘴的孔间距不能过小，否则气流引发不稳定干涉，喷氢时刻越靠前（但不早于IVC）、喷氢脉宽越短，大负荷缸内混合均匀性越好，但对于小负荷和怠速应降低喷氢压力和降低稀燃程度来改善怠速稳定性和循环波动。诚然，目前氢内燃机开发仍面临一些技术问题，比如氢气喷嘴的可靠性（主要是磨损和泄露）、以及机油乳化、标定控制完善等问题，但这些问题随着优化验证工作的推进很快就会改善，工业界有足够的信心将氢燃料内燃机从技术研发变成成熟产品。

【关键词】

氢内燃机；直喷氢气；燃烧系统；开发；测试；仿真；

【论文集名称】

燃烧节能净化分会（第一分会场）

【会议名称】

2023 内燃机“高效、低碳、清洁燃烧”学术年会

【会议时间】

2023-8-3至2023-8-6

【会议地点】

哈尔滨

【下载次数】

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