本书系统介绍了内燃机的发展简史、燃料分类及氢燃料内燃机的发展概况、四冲程传统内燃机及氢燃料内燃机的结构与原理、氢燃料内燃机的换气与增压、氢燃料供给与混合气形成过程；深入阐述了纯氢燃料内燃机和氢双燃料内燃机的燃烧特性；系统总结了氢燃料内燃机的异常燃烧及其抑制方法、排放与控制技术，以及电子控制技术与试验研究。
本书适合作为高等院校车辆工程、能源与动力工程、新能源科学与技术等专业的本科生、研究生的教学用书，也可供相关企业的工程技术人员参考，无论是设计开发者、科研工作者还是刚入门的技术人员。
统计数据显示，目前国内商用车保有量达4150万辆，占总体机动车保有量的12.5%，但在交通碳排放中的占比高达60%，中型货车、重型货车、工程车均为碳排放和能源消耗的大户，其中900多万辆重型货车 贡献了机动车总体交通碳排放量的30%以上。未来商用车保有量将继续保持增长态势，这进一步加大商用车减碳压力。商用车燃料通常以柴油、天然气等化石能源为主，新能源商用车处于起步发展阶段，市场占比较小；新能源商用车型主要应用于短途运输牵引车、城建渣土运输、城市物流、公交等中短途交通场景，而在保有量大、运输强度高的中长途交通场景暂未实现技术与市场突破。
生态环境恶化和石油资源短缺是21世纪世界各国共同面临的两大重大问题，寻找替代的清洁能源是必然选择。氢燃料以其清洁、高效、可再生和零碳排放等特点受到广泛关注。与氢燃料电池相比，氢燃料内燃机有许多优势：氢燃料电池的技术门槛高，短期内实用化仍有相当的难度，而氢燃料内燃机在传统内燃机的基础上加以改造和调整，可以利用传统内燃机的技术积累和成熟的经验，技术实现难度不大；氢燃料内燃机仍可以利用传统内燃机的应用基础、市场化模式、维修经验与渠道，推广相对容易；而氢燃料电池造价与运行费用高昂，很难与氢燃料内燃机相比拟。
未来一段时间，内燃机仍将是商用车的主要技术路线。氢燃料内燃机，以传统内燃机为基础，通过改变燃料、供应系统、喷射系统等，燃烧氢气产生动力，从而驱动车辆的行驶。预计氢燃料内燃机在2025年后达到量产条件，为商用车碳中和提供了一个短中期效果较好的解决方案。由于氢特殊的物理化学特性，其作为内燃机的燃料既有独特的优势，也有需要探索的理论问题和需要攻克的技术难题，相比于传统内燃机，氢燃料内燃机更容易出现早燃、回火、爆燃等问题，本书将对这些内容做系统性的介绍，力求所述内容具有较强的先进性、条理性。
本书全面、系统地阐述了内燃机的发展历程、燃料的分类及氢燃料内燃机的发展概况；详细介绍了四冲程传统内燃机与氢燃料内燃机的结构与工作原理、氢燃料内燃机的换气与增压技术，以及氢燃料供给与混合气形成特点；深入剖析了纯氢燃料内燃机与氢双燃料内燃机的燃烧特点；系统总结了氢燃料内燃机异常燃烧的抑制方法、排放控制技术，以及氢燃料内燃机的电子控制技术与试验方法。
本书由湖南大学陈征教授、湖南大学张全长副教授、康明斯东亚研发有限公司钟号高工、广西大学黄豪中教授和天津大学刘海峰教授编著。在本书编写过程中，湖南大学覃涛、廖彬和马琪欣，中南林业科技大学梁继超，广西大学邢孔钊，天津大学黄志雄和金超等人做了大量资料收集和整理工作。初稿完成后，天津大学尧命发教授进行了审阅，并提出了许多宝贵建议，作者表示衷心感谢。
感谢康明斯东亚研发中心和湖南美湖智造股份有限公司的大力支持；康明斯东亚研发中心提供的行业一线案例，使本书内容更具实践参考价值。特别感谢湖南大学特聘教授、康明斯原全球副总裁彭立新博士，在本书的策划和出版过程中所给予的积极支持和宝贵指导。
本书的编撰深受学界前辈智慧的启迪，正如先哲开宗明道义，后学继志续薪传所训。在研究和写作过程中，编者团队深入研读了相关领域权威学者的经典著作、高等教育机构审定的教材、重要学术期刊的典范论文，以及具有理论创新价值的学位论文等。在此，向所有为行业发展做出贡献的前辈和同仁致以诚挚的谢意。
感谢朱艳春女士在整理图片和校验书稿方面提供的帮助，以及她一如既往的精神支持和生活照顾，这使得本书能够顺利完成。
鉴于编者能力有限，以及引用资料的广泛性，学术观点的多样性，本书难免存在不妥之处。恳请读者提出宝贵意见，以便在本书再版时进行修订和更正。
编者
丛书序
前言
〉〉〉第1章概述1
1.1内燃机的发展简史1
1.2内燃机的分类与应用2
1.2.1不同工作原理的内燃机3
1.2.2不同类型的往复活塞式内燃机5
1.3内燃机的燃料9
1.3.1燃料发展概述9
1.3.2石油基燃料10
1.3.3替代燃料12
1.3.4电力合成液体燃料18
1.4氢燃料内燃机的发展概况18
练习题22
〉〉〉第2章四冲程内燃机结构与原理25
2.1内燃机基本结构与原理25
2.1.1四冲程内燃机的基本结构25
2.1.2四冲程内燃机的工作原理35
2.2内燃机循环及性能评价38
2.2.1示功图38
2.2.2工作循环40
2.2.3性能指标44
2.2.4燃烧放热规律计算48
2.3氢燃料内燃机的结构与原理53
2.3.1氢燃料内燃机的结构特点53
2.3.2氢燃料内燃机的工作原理57
练习题58
〉〉〉第3章氢燃料内燃机换气与增压61
3.1四冲程氢内燃机换气61
3.1.1换气过程61
3.1.2换气损失62
3.2进气增压63
3.2.1进气增压的概念63
3.2.2进气增压的方式64
3.2.3增压系统的类型66
3.2.4点燃式内燃机增压80
3.2.5氢燃料内燃机增压82
3.3废气再循环技术85
3.4充气效率及影响因素88
3.4.1充气效率的概念88
3.4.2影响充气效率的因素88
3.4.3提高充气效率的措施89
练习题91
〉〉〉第4章氢燃料供给与混合气形成93
4.1氢燃料特性93
4.1.1氢燃料理化特性93
4.1.2氢燃料着火燃烧特性93
4.2氢燃料供给系统结构与分类94
4.2.1内燃机燃料供给系统概述94
4.2.2气体燃料电控喷射系统的设计目标96
4.2.3氢燃料的制取及储存97
4.2.4氢燃料供给方式99
4.2.5氢燃料供给压力100
4.2.6氢燃料供给计量100
4.3氢燃料内燃机缸内气体流动与混合气形成101
4.3.1内燃机缸内气体流动101
4.3.2内燃机混合气制备要求102
4.3.3进气道喷射氢内燃机缸内流动及混合气形成103
4.3.4缸内直喷氢内燃机缸内流动及混合气形成109
练习题115
〉〉〉第5章氢燃料内燃机燃烧118
5.1燃烧热化学118
5.1.1理想气体模型118
5.1.2实际空气和燃料的成分119
5.1.3燃烧化学计量值119
5.1.4燃料的热值120
5.1.5绝热燃烧过程122
5.2点燃与自燃着火理论122
5.2.1点燃着火123
5.2.2自燃着火129
5.3内燃机燃烧过程130
5.3.1点燃式内燃机燃烧过程130
5.3.2压燃式内燃机燃烧过程131
5.4纯氢燃料内燃机燃烧133
5.4.1氢燃料燃烧的火焰发展过程133
5.4.2进气道喷射氢燃料内燃机燃烧特性134
5.4.3缸内直喷氢燃料内燃机燃烧特性138
5.5氢双燃料内燃机燃烧145
5.5.1氢-汽油双燃料内燃机145
5.5.2氢-柴油双燃料内燃机149
5.5.3氢-氨双燃料内燃机154
5.5.4氢-天然气双燃料内燃机158
练习题163
〉〉〉第6章氢燃料内燃机异常燃烧与抑制方法165
6.1氢燃料内燃机异常燃烧的概念165
6.1.1氢燃料内燃机异常燃烧的基本概念165
6.1.2氢燃料内燃机异常燃烧的分类166
6.2氢燃料内燃机异常燃烧的机理166
6.2.1早燃166
6.2.2回火170
6.2.3燃烧循环波动172
6.2.4爆燃175
6.3氢燃料内燃机异常燃烧的抑制方法178
6.3.1喷氢正时和点火正时优化178
6.3.2废气再循环179
6.3.3缸内直喷氢气180
6.3.4喷水技术182
6.4氢燃料内燃机异常燃烧的诊断183
6.4.1燃烧诊断技术的研究现状183
6.4.2基于光学发动机直拍的氢燃料内燃机异常燃烧诊断186
6.4.3基于LIF和PIV技术的氢燃料内燃机异常燃烧诊断187
练习题190
〉〉〉第7章氢燃料内燃机排放与控制技术192
7.1氢燃料内燃机排放物的生成机理与影响因素192
7.1.1NO的生成机理192
7.1.2NO2的生成机理196
7.2氢燃料内燃机排放的缸内控制197
7.2.1过量空气系数对NOx排放的影响197
7.2.2点火时刻对NOx排放的影响198
7.2.3喷氢时刻对NOx排放的影响199
7.2.4缸内喷水对NOx排放的影响200
7.2.5废气再循环对NOx排放的影响203
7.2.6增压对NOx排放的影响205
7.3氢燃料内燃机的排放后处理207
7.3.1选择性催化还原技术207
7.3.2选择性非催化还原技术209
7.3.3三效催化技术210
7.3.4富燃料NOx催化技术213
7.3.5贫燃料NOx捕集技术213
7.3.6氢燃料内燃机集成后处理技术214
练习题216
〉〉〉第8章氢燃料内燃机电子控制与试验218
8.1氢燃料内燃机电控系统硬件设计218
8.1.1传感器信号处理硬件电路设计218
8.1.2电源保护电路和供电电源模块设计221
8.1.3MCU选择及最小系统电路设计225
8.1.4CAN通信电路设计227
8.1.5进气道喷氢阀驱动和点火电路硬件设计227
8.1.6缸内直喷喷氢阀电路硬件设计233
8.1.7电子节气门、EGR阀和VGT的控制235
8.1.8爆燃处理电路设计237
8.2氢燃料内燃机电控系统软件设计238
8.2.1喷氢时刻与点火时刻的确定方法238
8.2.2高压缸内直喷喷氢阀电流波形软件设计239
8.2.3爆燃信号软件设计241
8.3氢燃料内燃机试验243
8.3.1氢燃料内燃机试验要求244
8.3.2氢燃料内燃机试验系统245
8.3.3氢燃料内燃机特性试验248
练习题251
〉〉〉附录常用缩写词253
〉〉〉参考文献255
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