《氫內燃機》是《氫能利用關鍵技術系列》之一。氫能是未來的理想能源，在氫能利用中一直存在燃料電池與內燃機兩種技術路線，氫內燃機是氫能動力的重要類型之一。本書總結概括了氫內燃機的基礎理論及學術研究成果，主要內容包括氫內燃機開發(fā)的必要性和緊迫性、氫氣性質與燃燒基礎、氫空混合氣形成、燃燒與性能、排放污染物生成及控制、氫內燃機及車輛設計、氫內燃機測試技術、氫氣摻混燃料，最后簡述了其他類型的氫能動力。
本書可供從事氫能動力、車輛及內燃機等專業(yè)的技術人員、高等院校相關專業(yè)師生參考，還可作為內燃機工程、車輛工程等專業(yè)的研究生教材，也可供從事能源與動力領域的管理人員及相關讀者閱讀。
第1章緒論 1
1.1能源與燃料 1
1.1.1化石能源 1
1.1.2可再生能源 4
1.1.3生物能源 5
1.1.4能源載體 6
1.2氫能 6
1.2.1氫氣制備與生產(chǎn) 6
1.2.2氫氣儲存 8
1.2.3氫氣運輸 9
1.2.4氫能應用 9
1.3汽車行業(yè)發(fā)展趨勢與問題 10
1.3.1汽車保有量及發(fā)展趨勢 10
1.3.2汽車發(fā)展面臨的主要問題 11
1.3.3主要技術對策分析 11
1.4動力技術發(fā)展趨勢與問題 13
1.4.1中國內燃機工業(yè)發(fā)展情況 13
1.4.2氫內燃機技術進展 13
參考文獻 15
第2章氫氣性質與燃燒基礎 17
2.1氫氣的物理化學特性 17
2.1.1氫氣理化參數(shù)及分析 17
2.1.2氫氣的可壓縮性 19
2.2著火與點火 23
2.2.1著火特性 23
2.2.2點火能量 23
2.3層流與湍流燃燒特性 24
2.3.1氫氣層流燃燒特性 24
2.3.2氫氣湍流燃燒特性 26
2.4氫-空混合氣燃燒機理 27
2.4.1典型燃燒機理 27
2.4.2化學反應機理驗證 28
參考文獻 29
第3章氫-空混合氣形成過程 31
3.1氫氣噴射方式 31
3.1.1氫氣噴射方式比較 31
3.1.2進氣道氫氣噴射 33
3.1.3氫氣缸內直噴 34
3.2氫氣噴嘴 34
3.2.1電磁閥驅動式 35
3.2.2壓電晶體驅動式 35
3.2.3氫氣噴嘴的開發(fā)難點 35
3.2.4噴嘴動態(tài)工作特性 37
3.3氫氣噴射特性 39
3.3.1氫氣射流特性理論基礎 39
3.3.2氫氣射流特性試驗平臺和測試方法 42
3.3.3典型PFI噴嘴射流特性 43
3.3.4典型DI噴嘴射流特性 46
3.4混合氣形成數(shù)值模擬 47
3.4.1均勻性評價 47
3.4.2典型噴射模型計算基礎 48
3.4.3進氣道氫氣噴射與混合 49
3.4.4缸內氫氣直接噴射與混合 52
參考文獻 54
第4章氫內燃機燃燒與性能 56
4.1點火方式 56
4.1.1火花點火 56
4.1.2壓縮著火 57
4.1.3柴油微引燃 57
4.2氫-空混合氣缸內燃燒特性 57
4.2.1缸內燃燒階段劃分 57
4.2.2不同工況燃燒特性 60
4.3氫內燃機的循環(huán)變動 71
4.3.1循環(huán)變動評價方法 71
4.3.2循環(huán)變動特性 71
4.4缸內燃燒數(shù)值模擬 74
4.4.1一維性能模擬 75
4.4.2三維燃燒仿真 76
4.5氫內燃機的異常燃燒 77
4.5.1回火 77
4.5.2早燃 79
4.5.3爆震 81
參考文獻 84
第5章氫內燃機污染物生成與控制 87
5.1氫內燃機污染物排放特性 87
5.1.1NOx生成機理 87
5.1.2氫內燃機NOx排放特性 89
5.2NOx排放控制方法 90
5.2.1混合氣濃度控制 90
5.2.2噴射和點火優(yōu)化 91
5.2.3廢氣再循環(huán) 92
5.2.4噴水技術 95
5.3后處理器 95
5.3.1類柴油機后處理系統(tǒng) 96
5.3.2類汽油機后處理系統(tǒng) 96
5.4排放控制策略 97
5.4.1BMW控制策略 97
5.4.2三級跨越式控制策略 98
5.4.3超低NOx排放控制策略 99
參考文獻 100
第6章氫內燃機及車輛設計 102
6.1氫內燃機熱力學開發(fā) 102
6.1.1燃燒系統(tǒng)設計 102
6.1.2配氣相位優(yōu)化 104
6.2系統(tǒng)及零部件開發(fā) 105
6.2.1點火系統(tǒng) 105
6.2.2噴射系統(tǒng) 105
6.2.3冷卻系統(tǒng) 105
6.2.4潤滑系統(tǒng) 106
6.2.5曲軸箱通風系統(tǒng) 107
6.2.6電子控制系統(tǒng) 107
6.3氫內燃機增壓匹配 108
6.3.1氫內燃機增壓的難點 108
6.3.2壓氣機與渦輪選型 109
6.4設計實踐案例 112
6.4.1增壓直噴氫內燃機動力性提升 112
6.4.2增壓直噴氫內燃機經(jīng)濟性優(yōu)化 115
6.5氫內燃機材料 116
6.5.1氫脆與氫腐蝕 116
6.5.2防控策略 117
6.6車載儲氫與供氫系統(tǒng) 118
6.6.1車載儲氫系統(tǒng) 118
6.6.2車載供氫系統(tǒng) 119
6.7氫內燃機混合動力系統(tǒng) 120
6.8氫內燃機及車輛安全 121
6.8.1整機安全要求 121
6.8.2車輛安全要求 122
6.8.3氫內燃機TCO分析 123
參考文獻 123
第7章氫內燃機測試技術 125
7.1氫內燃機測試 125
7.1.1實驗測試臺架系統(tǒng)及要求 125
7.1.2試驗常用參數(shù)計算方法 127
7.1.3燃燒壓力測試與修正 128
7.1.4主要性能及排放測試 131
7.2零部件及專項測試 133
7.2.1氫氣噴嘴測試 133
7.2.2供氫系統(tǒng)測試 137
7.2.3機油測試 138
7.3試驗平臺安全性 140
7.4氫內燃機車輛測試 141
參考文獻 141
第8章氫氣摻混燃料 143
8.1摻氫燃料參數(shù) 144
8.1.1燃料參數(shù)及分析 144
8.1.2摻氫比與空燃比 144
8.2天然氣摻混氫氣 145
8.3汽油摻混氫氣 148
8.4柴油摻混氫氣 149
8.5醇類摻氫 151
8.5.1甲醇重整 151
8.5.2甲醇摻混氫氣 152
8.5.3其他醇類摻混氫氣 153
8.6氨氣摻燒 154
8.6.1氨柴混合燃燒 155
8.6.2氨氫混合燃燒 156
參考文獻 159
第9章其他氫能動力 162
9.1燃燒式動力裝置 162
9.1.1火箭發(fā)動機 162
9.1.2葉片式發(fā)動機 163
9.2燃料電池 165
9.2.1燃料電池分類 166
9.2.2燃料電池工作原理 169
9.2.3燃料電池未來展望 176
9.2.4燃料電池與氫內燃機的比較 178
9.3氫能復合動力裝置 179
9.3.1氫燃料電池和鋰電池混合系統(tǒng) 179
9.3.2燃料電池、氫內燃機復合動力裝置 180
9.3.3氫氧輔助動力裝置 181
參考文獻 181
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