材料委深度好文:一文带您了解氢内燃机技术及发展历程

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我国氢发动机的研究开始于20世纪80年代初,国内一些高校和科研单位对内燃机燃氢和燃氢双燃料内燃机等进行了实验研究。其中,浙江大学曾与日本武藏工业大学合作进行液氢发动机的试验研究,试验采用了缸内直接喷射,并用模糊神经网络控制,试验结果表明氢气发动机的异常燃烧、动力增加及NOx减少在很大程度上取决于正确的喷氢系统、喷射正时及点火正时。2006年8月,由北京工业大学、北京益麦斯科技有限公司和北京飞驰绿能电源技术有限公司联合成功改造了一辆可使用汽油和氢气混合燃料的1.6L依兰特轿车。该车在冷启动、暖机、怠速和小负荷采用纯氢气运行,接近零排放;在中等负荷采用汽油混氢燃烧,排放和油耗进一步降低;在大负荷采用纯汽油模式,确保了车辆在高负荷的动力性。北京理工大学对氢内燃机的研究走在国内前列,“十一五”期间与长安汽车集团合作,承接了国防科工委和科技部863节能与新能源汽车重大专项课题,开展了多项有关氢发动机内容的研究。2007年6月,北京理工大学与长安集团共同研制的国内第一台氢内燃发动机,在长安集团点火成功。随后在2008年的北京国际车展上,长安汽车发布了中国首款氢动力概念跑车“氢程”。“氢程”搭载的便是上文刚刚提到的增压中冷氢内燃机,直接以压缩氢气为燃料,其性能不仅可以达到汽油机的水平,效率上还比同排量的汽油机高30%以上,HC、CO、CO2排放几乎为零,完全可实现超低排放并具有良好的低温启动性,在一次性加足燃料的情况下巡航距离可达230Km以上。

由于氢发动机需要将氢气燃烧后获得能量,传统的高压储氢所能存储的氢气有限,而液化氢气需要零下200℃甚至更低,成本过于高昂,固体储氢是一个非常有前景的技术,但是目前来看短期内很难有突破性的材料和进展。2018年12月3日,北京理工大学在国家军民融合公共服务平台上发布了目前国内唯一的一套可以进行氢燃料内燃机系统开发的专用试验台架。

在其他应用领域,氢内燃机最新的进展是日本产业技术综合研究所与日本冈山大学、东京都市大学、早稻田大学组成的研发小组成功开发出了全球首款能实现高热效率和低NOx排放的火花点火氢燃料发动机,此次开发的氢燃料发动机可作为大型发电用发动机和船舶用发动机使用。这项工作是在日本内阁府战略性革新创造项目(SIP)的支持下进行的。该计划第一期的项目已经结束(2014-2018),第二期SIP2中并未查到有关氢能发动机进一步的开发计划和支持。


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