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北京氫燃科技有限公司
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描述
產(chǎn)品與技術(shù)
氫內(nèi)燃機(jī)與汽油機(jī),、柴油機(jī)或天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，仍舊是一種往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī),，與傳統(tǒng)燃油發(fā)動(dòng)機(jī)有相同的基本機(jī)構(gòu)和系統(tǒng),，仍可沿用傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的生產(chǎn)體系和使用方式，制造成本低,。氫內(nèi)燃機(jī)也有吸氣,，壓縮，做功以及排氣四個(gè)沖程,，仍然是通過(guò)缸內(nèi)燃燒實(shí)現(xiàn)熱工轉(zhuǎn)換,，只是把原來(lái)的燃料換成了氫氣，也只是燃料不同,，應(yīng)用場(chǎng)景和應(yīng)用需求沒(méi)有發(fā)生變化,！
因?yàn)槿紵娜剂喜煌瑲錃馀c汽油,、柴油,、天然氣的物理化學(xué)屬性差異較大，導(dǎo)致氫內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)排氣,、增壓,、燃燒、控制及排氣后處理都有所不同,，因此,，就像現(xiàn)在區(qū)分柴油機(jī)、汽油機(jī)一樣,，有理由認(rèn)為氫內(nèi)燃機(jī)是一種全新的內(nèi)燃機(jī),。氫氣與傳統(tǒng)柴油、汽油,、天然氣相比,，氫氣具有可燃極限范圍廣、燃燒速度快,、壓燃溫度高,、點(diǎn)火能力低、混合氣熱值高,、擴(kuò)散系數(shù)大等優(yōu)點(diǎn),，氫氣是非常優(yōu)異的內(nèi)燃機(jī)替代燃料！
氫氣在缸內(nèi)燃燒后的主要產(chǎn)物是水,，沒(méi)有了傳統(tǒng)化石燃料燃燒所產(chǎn)生的二氧化碳,，屬于零碳排放動(dòng)力裝備，是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)碳中和的重要可選動(dòng)力裝備。但空氣中的氧氣,、氮?dú)庠诟變?nèi)高溫作用下會(huì)生成氮氧化物,，這也是氫內(nèi)燃機(jī)的唯一排放污染物，通過(guò)稀薄燃燒,、廢氣再循環(huán)或后處理器等技術(shù)手段可以控制到ppm級(jí)別,，可實(shí)現(xiàn)近零NOx排放。
什么是氫內(nèi)燃機(jī),？
氫氣,、汽油和天然氣的燃料特性
項(xiàng)目汽油天然氣氫氣
理論空燃比（質(zhì)量比）14.717.2534.38
理論空燃比（體積比）8.5869.522.38
密度（kg/m3）730a（4.6b）0.720.0838
滯止空氣中的擴(kuò)散系數(shù)（cm2/s）0.050.160.61
空氣中的自燃溫度（K）550723858
空氣中的可燃體積分?jǐn)?shù)（％）1.4～7.66.5～174～75

最小點(diǎn)火能量（mJ）b

0.240.290.02

絕熱火焰溫度（K）d

258022142480
燃燒速度（cm/s）38～4734～37270
低熱值（MJ/kg）44.550120

混合氣燃燒熱值（MJ/m3）d

3.7～3.833.393.184

辛烷值

70～98130130+

淬熄距離（mm）c

22.10.64


（a表示液態(tài)0℃，b表示理論當(dāng)量,，c表示甲烷,，d表示汽態(tài)）
對(duì)于移動(dòng)裝備的使用者來(lái)說(shuō)，不用過(guò)度區(qū)分燃料電池與氫內(nèi)燃機(jī)二者之間的差異,，甚至可以把動(dòng)力裝置看做是“黑匣子”,。至于是通過(guò)燃料電池的電化學(xué)過(guò)程，還是通過(guò)氫內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)燃燒的熱功轉(zhuǎn)換過(guò)程并不重要,，只要輸入的是氫氣,，輸出滿足需求的動(dòng)力就已經(jīng)足夠了！安全性,、購(gòu)置成本,、使用成本是使用者更關(guān)心的問(wèn)題。
雖然燃料電池與氫內(nèi)燃機(jī)的工作原理不同,，但從車(chē)輛對(duì)動(dòng)力裝置的需求看，高效率,、低成本,、使用方便等特性將成為是否具有競(jìng)爭(zhēng)力的重要參照。

氫內(nèi)燃機(jī)與燃料電池的比較
德國(guó)寶馬（BMW）公司從1978年開(kāi)始研發(fā)以氫氣為燃料的內(nèi)燃機(jī)汽車(chē),，已研發(fā)了六代氫燃料內(nèi)燃機(jī)轎車(chē),。2007年完成了全球200萬(wàn)公里的巡回技術(shù)展示。德國(guó)奔馳公司1978年開(kāi)發(fā)了第1輛氫燃料樣車(chē),，近幾年奔馳公司又將氫燃料項(xiàng)目列入“HY-PASS”課題,。2007年歐盟啟動(dòng)了HyICE計(jì)劃，共有寶馬（BMW）,、沃爾沃（VOLVO）,、福特歐洲中心、格拉茲大學(xué)等16家單位參加,，旨在開(kāi)發(fā)新一代高熱效率低排放氫內(nèi)燃機(jī),，項(xiàng)目最終結(jié)論是：氫內(nèi)燃機(jī)是現(xiàn)階段通向氫能源經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)實(shí)技術(shù)途徑。2018年4月，英國(guó)利物浦集團(tuán)ULEM Co和Innovate UK合作,，成功改裝沃爾沃FH16為氫內(nèi)燃機(jī)卡車(chē),。
2001年美國(guó)福特（Ford）推出了第一輛氫內(nèi)燃機(jī)試驗(yàn)車(chē)和多款氫燃料概念車(chē)，2007年福特氫燃料V-10發(fā)動(dòng)機(jī)正式投產(chǎn),，該6.8L發(fā)動(dòng)機(jī)已用于Shutbas示范運(yùn)行項(xiàng)目,。
1990年日本武藏工業(yè)大學(xué)與日產(chǎn)公司合作研制“武藏8號(hào)”液氫內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)，2006年馬自達(dá)研制推出了Mazda RX-8氫轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī),，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所與日本岡山大學(xué),、東京都市大學(xué)、早稻田大學(xué)開(kāi)發(fā)出全球首款能實(shí)現(xiàn)高熱效率和低NOx排放的火花點(diǎn)火氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī),，達(dá)成了54％的熱效率,，NOx的排放量達(dá)到了20ppm以下，實(shí)現(xiàn)近零排放,。2018年豐田（TOYOTA）汽車(chē)公司發(fā)布了一款氫內(nèi)燃機(jī)及未來(lái)5年的氫內(nèi)燃機(jī)技術(shù)路線圖,，豐田公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多款氫內(nèi)燃機(jī)，有效熱效率已經(jīng)達(dá)到46%,，接近零排放,。預(yù)計(jì)到2025年，氫內(nèi)燃機(jī)的熱效率有希望突破51%,，會(huì)成為能與燃料電池競(jìng)爭(zhēng)的動(dòng)力裝置,！
2019年德國(guó)寶馬（BMW）公司原有氫內(nèi)燃機(jī)開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)組建了KEYOU公司，開(kāi)發(fā)出一款7.8L進(jìn)氣道噴射的增壓氫內(nèi)燃機(jī),，熱效率可以達(dá)到41%,，扭矩950N.m。2020年德國(guó)博世（BOSCH）先后完成了一個(gè)2.0L增壓進(jìn)氣道噴射,、直接噴射的氫內(nèi)燃機(jī),，升功率接近80kW，熱效率超過(guò)39%,。
2021年,，德國(guó)MAN公司開(kāi)始在紐倫堡進(jìn)行氫內(nèi)燃機(jī)測(cè)試，選用了一款16.8L排量的直列6缸柴油機(jī)為原型機(jī),，提出了氫氣低壓直噴的均質(zhì)稀薄燃燒概念,，過(guò)量空氣系數(shù)為2.5，氫噴射壓力為低壓2.2MPa,，壓縮比為13,，氮氧化物排放2g/kWh以下，該款氫內(nèi)燃機(jī)將作為MAN公司氫動(dòng)力汽車(chē)的重要組成部分,。
2022年,，美國(guó)西南研究院（Southwest Research Institute,，SwRI）正在探討清潔汽車(chē)技術(shù)，以使傳統(tǒng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)能夠高效利用氫燃料,。其動(dòng)力傳動(dòng)組采用不同模擬方法探討了氫內(nèi)燃機(jī)提高效率的可能性,，每一種方法都證明氫內(nèi)燃機(jī)具備達(dá)到50%熱效率的前景。同時(shí),，氮氧化物排放（NOx）達(dá)到與燃燒柴油一致的水平,，但是沒(méi)有一氧化碳、碳?xì)浠衔?、煙塵或二氧化碳排放,。
歐、美,、日等發(fā)達(dá)國(guó)家的頂尖汽車(chē)公司及零部件制造商,，在氫內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域進(jìn)行了大量的工程開(kāi)發(fā)及示范運(yùn)行。相比之下,，我國(guó)氫內(nèi)燃機(jī)的研究開(kāi)發(fā)還處于起步階段,。2007年，重慶直轄十周年科技慶典上,，長(zhǎng)安汽車(chē)公司與北京理工大學(xué)合作研發(fā)的氫內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火成功,。2012～2017年之間，北京理工大學(xué)承擔(dān)軍口863項(xiàng)目,，完成高比功率氫內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究,，開(kāi)發(fā)出進(jìn)氣道噴射渦輪增壓氫內(nèi)燃機(jī)。2018年,，在上汽產(chǎn)業(yè)基金會(huì)資助下,，北京理工大學(xué)聯(lián)合上海汽車(chē)、泛亞汽車(chē)及聯(lián)合電子,，開(kāi)發(fā)了近零排放控制技術(shù),，取得了積極進(jìn)展。2021年4月中國(guó)一汽新款氫能發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火成功,，2021年9月廣汽氫內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火，2021年12月玉柴K05H大排量氫內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火成功,，呈現(xiàn)出良好的研究開(kāi)發(fā)態(tài)勢(shì),。
氫內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀
2006年，北京理工大學(xué)氫內(nèi)燃機(jī)研究團(tuán)隊(duì)正式組建,，建立中國(guó)第一個(gè),、也是目前唯一一個(gè)滿足氫內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的完整測(cè)試平臺(tái)，已累計(jì)安全運(yùn)行3000余小時(shí),。先后承擔(dān)科技部863項(xiàng)目,、國(guó)防科工局軍民兩用技術(shù)項(xiàng)目,、自然科學(xué)基金項(xiàng)目及多家企業(yè)委托開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，基本研究歷程如圖3所示,。該團(tuán)隊(duì)相繼突破氫內(nèi)燃機(jī)總體設(shè)計(jì),、車(chē)載氫氣供應(yīng)與自適應(yīng)噴射系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng),、混合氣濃度與NOx排放控制等多項(xiàng)氫內(nèi)燃機(jī)關(guān)鍵技術(shù),，在氫氣應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)研究方面進(jìn)行了許多開(kāi)創(chuàng)性的工程實(shí)踐。目前已為長(zhǎng)安汽車(chē),、上汽集團(tuán),、一汽紅旗、濰柴動(dòng)力,、玉柴機(jī)器,、吉利汽車(chē)等若干家企業(yè)提供了氫內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及性能開(kāi)發(fā)。北京理工大學(xué)氫內(nèi)燃機(jī)研究開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)已成為我國(guó)氫內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域名副其實(shí)的引領(lǐng)者,。

北理工已有技術(shù)成果
描述
2018年與聯(lián)電,、泛亞、上汽合作開(kāi)發(fā)了一款直噴內(nèi)燃機(jī),。2020年與一汽紅旗合作開(kāi)發(fā)了更高功率密度,、更高熱效率的增壓直噴氫內(nèi)燃機(jī)，目前已完成性能試驗(yàn),，2021年4月點(diǎn)火成功,。與運(yùn)載火箭技術(shù)研究院、航天科技集團(tuán)合作開(kāi)發(fā)新型氫氧發(fā)動(dòng)機(jī),，已完成首輪3kW樣機(jī)測(cè)試開(kāi)發(fā),。2021年9月為濰柴集團(tuán)完成了首臺(tái)重型氫內(nèi)燃機(jī)的樣機(jī)設(shè)計(jì)與點(diǎn)火運(yùn)行，目前正在進(jìn)行樣機(jī)試驗(yàn),；2021年12月,，與玉柴合作開(kāi)發(fā)的K05首臺(tái)中型氫內(nèi)燃機(jī)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火并完成了首輪樣機(jī)試驗(yàn)。
描述
北京氫燃科技團(tuán)隊(duì)以2.0L排量汽油機(jī)為基礎(chǔ),，通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)系統(tǒng),、噴射系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng),、發(fā)動(dòng)機(jī)本體及附件系統(tǒng)的重新設(shè)計(jì),，攻克了回火控制、點(diǎn)火系統(tǒng)匹配,、氫燃料燃燒規(guī)律,、NOx形成規(guī)律與排放
描述
控制、綜合電子控制等關(guān)鍵技術(shù)并形成了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),，開(kāi)發(fā)出具有國(guó)際先進(jìn)水平的氫內(nèi)燃機(jī),，同時(shí)開(kāi)發(fā)出我國(guó)第一輛氫內(nèi)燃機(jī)轎車(chē),，如圖4所示，該樣車(chē)已累計(jì)運(yùn)行1萬(wàn)余公里,，樣車(chē)排放達(dá)到歐6以上排放法規(guī),，該成果獲得中國(guó)汽車(chē)工業(yè)技術(shù)獎(jiǎng)，