跳动城乡网虽然交通运输行业已经发生了向电动汽车 (EV) 的巨大转变，但使用氢作为清洁高效的交通燃料的想法已经探索了数十年。这些车辆在燃烧时会排放水，并且由于它们是基于现有发动机车辆的生产，因此预计它们的制造碳足迹比电动汽车更低。
然而，储存和运输氢气需要高压和低温，这是能源密集型过程。为了解决这个问题，氨被认为是燃料电池或内燃机的潜在氢载体。但氨是一种难以燃烧的燃料，需要与汽油混合才能有效燃烧。
自 2019 年以来，上智大学科学技术学院工程与应用科学系的 Mitsuhisa Ichiyanagi 教授与同样来自上智大学的 Emir Yilmaz 和 Takashi Suzuki 一起，一直致力于设计可将氨用作发动机的发动机。一种独立的燃料。
他们的工作重点是进气口打开条件，以增强发动机气缸内空气与燃料的混合，从而实现更高效的燃烧。在《能源》杂志上发表的一项研究中，研究人员确定了会导致发动机气缸内产生旋流条件的进气口打开条件。
“气缸内的气流通过影响空气-燃料混合现象，深刻地影响燃烧和排放，”一柳教授说。“为了只燃烧氨，我们基本上研究了发动机进气系统与气缸内流动之间的关系。”
旋流是指进入发动机气缸的空气燃料混合物的涡流模式。这是有利的，因为它促进空气和燃料更好地混合，产生更均匀的混合物，从而改善燃烧并减少排放。研究人员在带有玻璃气缸和的光学单缸柴油发动机中进行了研究。对于进气，发动机使用传统的切向和螺旋进气口。
为了可视化发动机中的气流，研究人员在进气冲程期间引入了直径为 4.65 µm 的二氧化硅颗粒作为示踪剂，并使用高速 CMOS 摄像机监测它们在发动机中的运动。通过螺旋端口进入的空气发展成涡流模式，而来自切向端口的空气最初不产生涡流结构。然而，当被圆柱壁改变方向时，它最终会产生漩涡结构。
在早期的实验中，研究人员观察到气流速度在各个螺旋端口开口上保持相对恒定。因此，在使螺旋端口完全打开的情况下，他们将切向端口的开度改变为 0%、25%、50%、75% 和 100%，以确定其在进气和压缩冲程期间对进气和缸内流量的影响。
研究人员注意到，当切向端口的开度超过25%时，在压缩冲程的早期阶段成功产生了旋流。据观察，涡流的形成与进气冲程期间湍流动能的低变化以及压缩冲程期间涡流中心位置的低变化相关。
对气缸中涡流的观察为发动机中氨的高效燃烧打开了大门。研究人员打算应用这项研究的结果来研究发动机中氨-汽油混合物或仅氨的燃烧特性。
主要由电动汽车推动，到 2030 年代，锂的需求预计将超过 240 万吨，比 2022 年生产的 13 万吨大幅增加。根据国际能源署的数据，这可能会导致潜在的锂短缺。 2025年。在这种情况下，氨成为一种有前途的替代清洁燃料。
尽管在氨燃料汽车成为现实之前还需要克服一些挑战，但这项研究有望实现当前和未来的脱碳目标。“氨燃料发动机汽车的开发不仅有望减少发动机的二氧化碳排放，而且有助于实现氢能源社会，”一柳教授说。
