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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ηT49

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