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第1章 氢能及氢燃料内燃机的技术水平 1

1.1 日益严重的大气污染与石油资源短缺 1

1.1.1 汽车排污状况日趋严重，环境保护意识日益增强 1

1.1.2 石油资源紧张加剧，清洁能源渐行渐近 6

1.2 氢能源正在登上能源舞台 10

1.2.1 氢的特性 10

1.2.2 氢的制取 12

1.2.3 氢的储存与输运 15

1.2.4 氢能利用 17

1.2.5 氢能源发展背景 18

1.3 氢能源在车辆动力应用中方兴未艾 20

1.3.1 燃料电池技术与性能简介 20

1.3.2 燃料电池汽车发展历程及技术现状 25

1.3.3 车用氢内燃机的发展历程 29

1.3.4 车用氢内燃机的技术状况 31

1.3.5 车用氢内燃机的优势与前景 35

1.3.6 车用氢内燃机面临的挑战 36

1.3.7 车用氢内燃机的研究对策 37

参考文献 38

第2章 氢燃料内燃机的理论循环 45

2.1 理论循环的基本假设 45

2.2 理论循环的计算分析 46

2.2.1 进气过程（r-a段） 46

2.2.2 压缩过程（a-c段） 47

2.2.3 燃烧过程（c-z段） 48

2.2.4 膨胀过程（z-b段） 48

2.2.5 热效率ηT 49

2.2.6 理论循环平均指示压力 49

2.3 理论循环的计算结果 49

2.3.1 外部混合气形成方式的氢发动机理论循环的计算结果 49

2.3.2 内部混合气形成方式的氢发动机理论循环的计算结果 51

2.3.3 氢、甲烷和汽油理论循环参数的比较 52

参考文献 53

第3章 氢燃料内燃机的双区燃烧模型 54

3.1 燃烧模型研究综述 54

3.1.1 燃烧模型分类 54

3.1.2 氢燃料发动机准维燃烧模型各模块 55

3.2 双区热力学模块 56

3.2.1 质量守恒方程 56

3.2.2 能量守恒方程 57

3.2.3 理想气体状态方程 58

3.2.4 未燃区的等熵压缩方程 59

3.2.5 压缩过程和膨胀过程 60

3.3 湍流火焰传播速度模块 61

3.3.1 氢燃料火焰的湍流燃烧速度ST的分析计算 61

3.3.2 已燃气体膨胀速度SE的计算 67

3.4 准维湍流卷吸燃烧模块 68

3.5 氢空气燃烧化学反应动力学模块 69

3.5.1 反应系统的化学动力学方程 69

3.5.2 氢空气混合气燃烧反应机理 70

3.5.3 燃烧过程的计算方法 71

3.6 传热损失计算模块 72

3.7 着火延迟期计算模块 73

3.8 热力学参数计算模块 75

3.8.1 气体组分热力学参数的计算 75

3.8.2 自由基组分热力学参数的计算 75

3.8.3 混合气热力参数的计算方法 76

3.9 几何计算模块 76

3.9.1 火焰前锋面积及燃烧体积的计算方法 76

3.9.2 几何运动参数的计算 79

3.10 燃烧模型的计算方法 79

参考文献 80

第4章 加氢混合燃料内燃机的燃烧与排放特性 83

4.1 氢-汽油混合燃料发动机的燃烧与排放特性 83

4.1.1 试验装置 84

4.1.2 试验结果及分析 85

4.2 氢-柴油混合燃料发动机的燃烧与排放特性 89

4.2.1 着火 89

4.2.2 输出功率 90

4.2.3 热效率 91

4.2.4 排放 100

4.2.5 氢柴油混合燃料发动机燃烧中常出现的问题 122

参考文献 123

第5章 氢燃料内燃机的混合气形成与燃烧 126

5.1 外部混合气形成方式（进气管喷氢）的氢发动机燃烧特性 126

5.2 内部混合气形成方式的氢发动机的燃烧特性 130

5.2.1 进气行程期间将氢气喷入缸内的氢发动机的燃烧 130

5.2.2 压缩行程期间将氢气喷入缸内的氢发动机的燃烧 132

5.2.3 压缩比对氢发动机性能的影响 133

5.2.4 喷氢器的喷孔数对氢发动机性能的影响 134

5.2.5 喷射压力对氢发动机性能的影响 135

5.2.6 喷氢正时对氢发动机性能的影响 135

5.2.7 发动机转速和混合气浓度对氢发动机性能的影响 136

5.2.8 点火方式对氢发动机性能的影响 137

5.2.9 点火正时和喷射正时的关系对氢发动机性能的影响 137

参考文献 140

第6章 氢燃料内燃机燃烧过程的优化控制方法 141

6.1 内燃机的优化控制方法与技术概述 141

6.2 基于燃烧过程基本微分方程的氢内燃机缸内状态参数描述 142

6.2.1 双区热力学模块 143

6.2.2 微分形式的质量守恒方程 143

6.2.3 微分形式的能量守恒方程 143

6.2.4 理想气体状态方程 145

6.2.5 未燃区的能量方程 145

6.3 氢内燃机燃烧控制系统的状态空间表达式 148

6.3.1 氢发动机非线性燃烧系统的状态空间表达式 148

6.3.2 氢发动机非线性燃烧系统的状态空间表达式的线性化 153

6.3.3 氢发动机非线性燃烧系统的能控性 156

6.3.4 氢发动机非线性燃烧系统的稳定性 156

6.4 氢燃料发动机的最优控制模型 157

6.4.1 最优控制模型 157

6.4.2 模糊神经网络求解最优控制模型 159

参考文献 160