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1、第四章 氢气汽车4-1氢气汽车的发展概况 早在1920年将氢作为燃料在发动机中试验，但进展不大。 日本武藏工业大学的古滨庄一教授，与日野汽车公司等共同研究开发的“武藏9号” 氢气汽车，爬坡性能好，排气污染少且无黑烟产生。 奔驰公司1978年开发了一辆氢燃料样车。 日本马自达汽车公司从80年代末开始研究氢气汽车。 日本工业技术院机械技术研究所进行了以金属氢化物（MH）为氢贮藏源的氢气发动机的研制，并进行了装车试验。 宝马汽车公司也开发了以氢气为燃料的火花点火式发动机，并装在大型轿车进行研究试验。 2004年9月，宝马汽车公司一部名为H2R的氢内燃机驱动的汽车创造了9项速度纪录。该车装备6升V12
2、氢燃料内燃机，最大功率为210千瓦（285马力），0-100公里/小时加速约6秒钟，最高速度达302.4公里/小时。,氢气作为车用能源，有两种应用途径： 1）氢气的化学能转变为热能，再转变为机械能， 即作为发动机燃料； 2）氢气的化学能转变为电能，再转变为机械能， 即燃料电池。 本章主要介绍以氢气发动机为动力的氢气汽车。 燃料电池汽车将在燃料电池电动汽车章节中介绍。,Nm3，是指在0摄氏度1个标准大气压下的气体体积,Nm3，是指在0摄氏度1个标准大气压下的气体体积,4-2氢气作为车用发动机燃料的特点1氢-空气混合气热值低于汽油18, 燃用氢气燃料时发动机 的功率下降 。2着火界限很宽，4.17
3、5，可实现稀薄燃烧 。3氢燃烧按链锁反应进行， H + 3H2 + O2 2H2 O + 3H 高达2.91m/s，是汽油的7.72倍，抗爆性好，发动机压缩比可提高，热效率比汽油高。4点火能量较低，最小可以低到0.020mJ,，汽油掺氢燃烧后，点火能量可以降低，低温下容易起动。5氢气燃烧排放物低，只有少量的NOx有害物。6. 氢气发动机易出现早燃、回火、工作粗暴等不正常燃烧现象,4-3氢气汽车的结构及工作原理一、氢气汽车燃料供给系的基本组成及布置 宝马 BMW735i轿车配备3.5 L 6缸火花点火式氢气发动机。氢为液态（LH2）贮存，液氢罐114 L，续行299km。该车保留了汽油喷射系统，
4、拨动转换开关，可选择汽油或氢气。,二、氢气发动机的基本结构及工作原理 氢气发动机目前主要有两种：往复活塞式氢气发动机 转子式氢气发动机1往复活塞式氢气发动机（1）缸外预混合点燃式氢气发动机 该系统中氢气燃料的贮存方式采用氢气吸留合金。,缸外预混合点燃式氢气发动机问题：1）功率下降。理论混合气热值低于汽油18左右。 提高功率措施：提高压缩比； 缸内喷射气态氢或液态氢； 采用增压系统，如宝马BMW735i轿车。2）氢发动机回火。 原因：氢的点火能量低； 氢的着火界限很宽。 抑制和消除回火的方法： 在进气阀快要关闭时向缸内喷氢； 在压缩冲程向缸内喷射液态氢； 喷水或采用废气再循环。,德国亚琛工业大学
5、氢气内燃机进气门背面吹入冷空气冷却进气门,美国迈阿密大学的氢发动机：,解决了进气管回火，仍存在空气充量过低，功率不足的问题。,日本武藏工业大学氢气内燃机 定时向进气管输送氢气,（2）缸内直喷低温氢气的点燃式发动机 喷射压力为11.5MPa、温度为-30-50，压缩冲程前期喷入气缸内。,与用汽油相比，最大功率提高了2030%，完全防止了回火，排气中的NOx含量也得到控制。,美国俄克拉何马大学氢发动机：,氢气直接喷到气缸内的，排量为136ml，压缩比为6.5：1。喷氢压力为1.2-7MPa。为了加快氢气与空气的混合过程，采用了多孔喷射装置，混合气很浓，过量空气系数仅为0.5。,美国康奈尔大学开发氢
6、发动机 高压氢气喷射装置，安装在可变压缩比的试验发动机上。,美国康奈尔大学开发氢发动机,（3）压燃式氢气发动机 由于氢的十六烷值低，且着火温度比汽油和柴油高， 需采用高温炙热表面点火。 图4-10为日本汽车研究所开发的压燃式氢气发动机的示意图。,温度达到900的热线助燃塞作用下着火燃烧。温度越高则滞燃期越短。,（4）在汽油机中掺烧氢气特点：掺烧比小于20%时，可使着火延迟期缩短，实现稀薄燃烧，提高经济性；氢气的链式反应产生活化中心，利于HC和CO充分反应，改善排放特性。不同工况下氢气掺烧比的最佳值不同： 掺的少，不能发挥氢的优点； 掺的过多，空气太少，无法实现稀燃，且易回火。,2转子式氢气发动机转子式氢气发动机汽车的基本结构,转子式氢气发动机: 由于其进气室与燃烧室封闭隔离，不会发生回火。,三、氢燃料的储存氢燃料储存方式有两大类：物理方式 :以高压或以液态储存化学方式: 储存于氢金属（金属氢化物）、氨（NH3）、水及甲醇（CH30H）等中。1.物理方法储氢（1）气态储氢: 以高达2025MPa压力储氢。（2）液态储氢: 深冷至-252.6， 存放在绝热双层真空结构的金属容器。（3）固态储氢：预计在2106 大气压下氢气可变成固体，研究让固态氢 能在室温及大气环境条件下存放，且使用时可自由释放， 如能成功，这是最好的储氢方法。,
