氢—汽油双燃料汽车经济性及燃烧排放特性分析

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1、氢-汽油双燃料汽车经济性及燃烧排放特性分析田华宇2015年1月中图分类号：TK91UDC分类号：621氢-汽油双燃料汽车经济性及燃烧排放特性分析作者姓名田华宇学院名称机械与车辆学院指导教师孙柏刚教授答辩委员会主席骆清国教授申请学位工学硕士学科专业动力工程及工程热物理学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2014年1月CombustionemissioncharacteristicsandeconomycharacteristicsanalysisofHydrogen-Gasolinedual-fuelvehiclesCandidateName：Hu

2、ayuTianSchoolorDepartment:MechanicalEngineeringFacultyMentor:Prof.BaigangSunChair,ThesisCommittee：Prof.QingguoLuoDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor：PowerEngineeringandEngineeringThermophysicsDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的

3、学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要发展氢燃料内燃机技术作为解决全球气候变暖和可再生能源开发的一条有效途径，但限制于当今氢气的绿色生产、运输和储存等方面的不成熟，发展氢-汽油双燃料汽车是解决现阶段环境和新能源问题的可行有效途径

4、。而氢-汽油双燃料汽车的在氢气模式下NOx排放问题是制约其实现绿色无污染的主要问题，抑制NOx排放物的产生，研究氢气燃烧缸内燃烧特性和NOx排放污染物的生成机理就显得尤为重要。而控制NOx的最终排放，三元催化器的在氢-汽油双燃料交替模式下的适应性亟待分析研究的。本文不仅通过发动机试验来探索氢燃料内燃机燃烧持续期的特性，而且还分析了氢的物理特性，尤其是氢气与汽油的差异。针对氢气和汽油的层流火焰速度差异进行了研究和讨论；通过分析实验数据，发现了氢燃料内燃机燃烧持续期的独特规则。分析了作为氢燃料内燃机的一个重要的参考点50％燃烧点位置的新特性，这将对最

5、佳点火时间校准很有帮助。另外，为了探索NOx排放物的生成机理，本文还通过PLIF激光测试手段，研究了氢空混合气在不同浓度下的羟基空间分布情况，得到了羟基局部分布于整体平局分布浓度的规律，对研究氢空混合气层流燃烧奠定了基础化学反应动力学实验基础。针对缸外控制NOx排放物的三元催化器的适应性问题，本文还研究了氢-汽油双燃料发动机在不同工作模式下对三元催化器催化性能影响规律。采用传统的汽油三元催化器，在发动机测试台架上进行排放试验研究，氢-汽油双燃料发动机先在汽油模式，再工作于氢气模式，并适当增加燃空比，最后再切换为汽油模式，分别进行排放测试。试验结果

6、表明，燃用氢气后对催化器转化效率影响较小，下降幅度均在4%以内，工作与氢气模式时，通过增加燃空比，三元催化器可有效降低NOx排放。传统三元催化转化器与氢-汽油双燃料发动机具有较好的适应性。最后，为研究氢内燃机汽车推广应用潜在的经济价值，对氢气的生产成本、氢内燃机汽车的改装成本、运行成本进行了调查研究，探讨了轿车和公交车改装氢内燃机3后潜在的碳交易收益。研究结果表明：当前技术条件下，氢气使用成本为2~2.5元/m。与汽油轿车相比，氢内燃机轿车可节省35%左右的燃料费用；与城市单层中型柴油公交车相比，氢内燃机公交车可节省20%左右的燃料费用。在不考虑

7、政府补贴的前提下，氢内燃机轿车运行3年的碳排放收益与运营成本节约能够抵消改装成本，氢内燃机公VI北京理工大学硕士学位论文交车运行10年可抵消改装成本。与CNG汽车相比，氢内燃机汽车能够持续、稳定地获得可观的碳交易收益。因此，氢内燃机轿车及公交车的推广具有良好的经济效益和长远的环境效益。关键词：氢-汽油双燃料汽车；燃烧排放特性；PLIFVII北京理工大学硕士学位论文AbstractNowadays,theworldisfacingsevereenergycrisisandenvironmentproblems.Oneofthebestwaystod

8、ealwiththeseproblemsistodevelophydrogenfuelvehicles.Butlimitedtoaser