段俊法，唐建鹏，张宇，魏巍，李权才

(华北水利水电大学机械学院，河南 郑州 450045)

能源紧张、环境污染和温室效应成为世界范围内关注的焦点，传统内燃机作为汽车的主要动力，不仅消耗大量的化石能源，其废气排放还是城市大气污染的主要来源之一，废气中的CO2也是造成温室效应的重要因素[1-3]。因此，清洁低碳的内燃机替代燃料成为研究热点。氢气以其可再生、无污染、无碳排放等特性受到研究者的广泛关注，被认为是较为理想的内燃机替代燃料[4]。国内外一些汽车厂商如宝马、福特、马自达和长安等均已经研制出氢燃料内燃机，并稳定运行。

氢气具有很高的绝热燃烧温度，因而氢发动机在中高负荷时会产生大量的NOx排放[5-6]。孙柏刚、Safari、Subramanian等[7-9]试验研究发现，当量比大于0.6时氢内燃机产生高浓度的NOx排放，在当量比为0.8左右时NOx排放达到最大值。在低负荷采用稀薄燃烧技术，在高负荷采用当量燃烧技术，都会较好地抑制NOx生成，但会造成动力性下降[10-11]。研究中高负荷下燃烧方式对内燃机动力性和排放的影响，对于氢燃料内燃机性能优化具有重要意义。

本研究以某进气道喷射氢燃料内燃机试验样机为原型，建立内燃机三维实体模型，并耦合较为详尽的19基元H—O—N反应的机理，得到CFD仿真模型，应用试验数据对CFD模型进行标定和验证，基于仿真对比稀薄燃烧和当量燃烧两种燃烧方式下氢燃料内燃机的燃烧和排放特性。

1 模型的建立及验证

1.1 氢燃料内燃机

以1台4缸四冲程进气道喷射氢燃料内燃机为原型建立三维仿真模型，该内燃机的主要参数见表1。……