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新型能源产业 氢能汽车 目录 现状与展望 目前全世界每年约生产51012 Nm3 氢气，主要用于化学工业，尤以合成氨和石油加工工业 的用量最大。90%以上的氢气是以石油、天然气和煤为原料制取的，北美95%的氢气产量来自天然气蒸汽重整。若设想将这些氢气全部作为能源，仅相当于全球能耗的1.5%。 氢能源的优势 氢是可以取代石油的燃料，其燃烧产物是水和少量氮 氧化合物，对空气污染很少。氢气可以从电解水、煤的气 化中大量制取，而且不需要对汽车发动机进行大的改装， 因此氢能汽车具有广阔的应用前景。推广氢能汽车需要解 决三个技术问题：大量制取廉价氢气的方法，传统的电解 方法价格昂贵，且耗费其他资源，无法推广；解决氢气的 安全储运问题；解决汽车所需的高性能、廉价的氢供给系 统。常见的供给系统有三种，气管定时喷射式、低压缸内 喷射式和高压缸内喷射式。随着储氢材料的研究进展，可 以为氢能汽车开辟全新的途径。科学家们研制的高效率氢 燃料电池，更减小了氢气损失和热量散失。 The end,thank you! * * 现状与展望 氢能源的优势和特点 氢能汽车的结构和工作原理 氢能汽车开发的事例 于是有了氢能汽车的想法 §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，4.1～75％，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，拨动转换开关，可选择汽油或氢气。 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：①提高压缩比； ②缸内喷射气态氢或液态氢； ③采用增压系统，如宝马BMW735i轿车。 2）氢发动机回火。 原因：①氢的点火能量低； ②氢的着火界限很宽。 抑制和消除回火的方法： ①在进气阀快要关闭时向缸内喷氢； ②在压缩冲程向缸内喷射液态氢； ③喷水或采用废气再循环。 德国亚琛工业大学氢气内燃机 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1～1.5MPa、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20～30%，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α仅为0.5。 美国康奈尔大学开发氢发动机 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。 2.化学方法储氢 吸贮（冷却、