缸内直喷氢燃料内燃机技术发展及趋势

孙柏刚，包凌志，罗庆贺

（北京理工大学 机械与车辆学院，北京 100081，中国）

中国已提出二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和，这就必然要求优化调整产业结构、能源结构，加快构建过渡到清洁可再生能源为主的能源发展新格局。氢能因为来源多样、清洁低碳、灵活高效、应用场景丰富等众多优点，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。氢能已成为全球新一轮碳减排和碳中和的首选方向，被多个国家纳入能源战略部署中。中国政府站在能源安全和可持续发展的战略高度，把氢能列为中国重点发展的战略性新兴产业，也作为培育发展新动能、引领发展方式转变的未来重要产业。

氢能的利用方式主要有燃料电池和氢内燃机2种。燃料电池具有效率高、零排放的优点，但其技术难度大、成本高、对配套体系建设依赖强。氢内燃机保留了传统内燃机的主要结构和系统，可以利用工业副产氢气，通过燃烧方式转化能量达到与燃料电池相近的热效率，并具有低成本的显著优势。在汽油机或柴油机的基础上，仅需更换氢气供应及喷射系统、氢气专用冷型火花塞、匹配新涡轮增压器、对润滑和曲轴箱通风进行相应的适应性设计，就可以实现氢内燃机应用[1]。因此，氢内燃机是推动传统内燃机各种应用领域升级转型、助力碳达峰和碳中和的重要技术方向。

1 氢内燃机

1.1 氢气物理性质

表1 氢气和其他燃料物理特性比较

氢气具有质量热值高、燃烧速度快、扩散性好、可燃浓度范围广等优点，是非常合适的内燃机替代燃料。……