内燃机替代燃料论文

氢气——汽车发动机代用燃料的特性及应用前景分析

摘要：目前，我国汽车保有量超过了1亿辆，并仍以惊人的速度增加，对车用燃料的需求增长强劲。而截2011年中国石油对外依存度已达56%，这一情况对我国的能源安全和国民经济可持续发展都是一个大的隐患。因此，发展内燃机替代燃料已是我国当务之急。由于来源丰富、污染很少以及热效率高等优点，氢气用作汽车能源具有很强的诱惑力。根据氢能在世界范围的发展势头，到21世纪中期氢能汽车有可能成为一个活跃的汽车品种。本文从物理特性和化学特性将氢气与传统燃料汽油相比，并对氢气的应用前景进行了分析。

关键词：汽车发动机；代用燃料；氢气；物化特性；前景分析

氢气和汽油物化特性比较

在表1示出氢气和汽油部分特性参数的比较，从表1中可以得出氢气作为内燃机燃料应用时的一些特点[1]。

（1）氢气的自燃温度很高，比汽油还高，因此比较适合在火花点火发动机中使用，可以提高ε和热效率；

（2）在空气中的层流燃烧速度特高（291.2~310 cm/s）约为汽油的7.2倍。在一些层流燃烧速度较低的气体燃料中加入一些氢气就可以提高层流燃烧速度；

（3）氢气的单位质量热值高，是汽油的2.7倍，柴油的2.8倍，但氢气的理论混合气热值为3.19 MJ/m3,大约比汽油的低18%；

（4）氢气的等压绝热火焰温度T ad为2110o c；

（5）氢气的点火能量很低，约为15.1~20μJ，因此氢气发动机工作时从不会熄火，再加上层流火焰速度很高，因此点火提前交很小，可以在上止点点火；

（6）氢气在空气中的扩散系数很大，是汽油的12倍，因此生成均匀混合气十分迅速。但是扩散系数大，对防泄漏不利，由于氢气分子极小，渗透性强，容易引起氢脆、缓慢渗透等令人头疼的问题；

（7）氢气的可燃范围很广，浓度范围从 4.2%~75%都能燃烧（相当过量空气系数Φ=0.15~9.6）。因此氢气的稀燃能力很强；

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（8）氢气燃烧后的分子变更系数小于1.0；

（9）氢气是超清洁燃料，燃烧产物为水，有害排放物单一，只有NO x，后处理比较简单；（10）氢气发动机的部分负荷运行时的ηe较高，失火循环消失，循环波动减少，氢气火焰与气缸壁的淬熄距离比汽油的小，因此燃烧更安全[2]。

氢气的应用前景分析

目前要大幅度推广氢气在发动机上应用的困难是：

a)氢的来源：若依靠天然气生产氢气，显然是不合适的，因为天然气本身就是清洁燃料。

b)氢的分配：要实现从石油分配系统向氢分配系统的转换，其基础设施的投资将十分可观。

c)氢燃料贮存技术的开发[3]。

但是从世界能源发展趋势看，氢能这种来源丰富、污染很少、热效率高的能源在未来的世界能源布局中会占一席之地。相信在不久的将来，在世界范围的氢能研究热潮中，制氢及储氢技术会有突破性的进展。这使得氢气在未来汽车上的应用前景更广阔。

氢燃料内燃机基于传统的内燃机技术和生产、维修体系，具有良好的生产、使用基础，技术上也具有一定的成熟性，与氢燃料电池相比，氢燃料内燃机在造价上具有明显的优势。在车用燃料电池的成本能够与之相匹敌之前，氢燃料内燃机将具有很强的竞争力。在汽油机中掺烧氢气燃料、在天然气内燃机中掺烧氢气和采用氢气一汽油两用燃料或柔性燃料内燃机是近期在汽车内燃机中推广使用氢气燃料的较现实方法。从长远来看，由于氢燃料内燃机具有高效、环保的突出优点，势必将得到较快的发展；而缸内直喷式氢燃料内燃机所具有的较高的功率密度、良好的运转平稳性以及极低的NO 排放，必将成为氢燃料内燃机的主要发展方向[1]。

参考文献

[1]刘福水郝利君 Heitz Peter Berg.氢燃料内燃机技术现状与发展展望[J].汽车工程，2006，28(7)：621-625.

[2] 蒋德明黄佐华.内燃机替代燃料燃烧学[M].西安：西安交通大学出版社，2007.

[3] 吴基安吴洋.新能源汽车知识读本[M].北京：人民邮电出版社，2009.