氢气发动机的发展和现状教材

课程结业论文

题目：氢气发动机的发展和现状

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课程名称：现代汽车新技术概论

所属院部：

指导教师：

2013——2014学年第 1 学期

目录

第一章绪论 (1)

1.1氢气发动机的历史 (1)

1.2 氢动力汽车的现状 (2)

1.3氢动力汽车的研究发展方向 (3)

1.4发展氢动力汽车的必要性 (3)

第二章氢气能源性质 (4)

2.1 氢的特征 (4)

2.2氢气与传统燃料的性质对比 (5)

2.3 氢能的开发和利用 (6)

2.3.1 氢能的开发 (6)

2.3.2氢能的应用 (8)

第三章氢气的存储 (10)

3.1高压气瓶储氢 (10)

3.2液氢储氢 (11)

3.3金属氢化物储氢 (11)

3.4 浆液储氢技术 (12)

第四章氢气发动机的发展前景 (13)

氢气发动机的发展和现状

第一章绪论

1.1氢气发动机的历史

随着“汽车社会”的逐渐形成，汽车保有量不断地上升，而石油等资源却捉襟见肘，同时，消耗大量汽油的车辆不断排放有害气体和污染物质，对环境造成严重的危害。这一问题的解决之道当然不是限制汽车产业的发展，而是开发替代石油的新能源—氢能。氢作为内燃机的燃料并是人类最近的发明。在内燃机中使用氢气已有相当长的历史。

人类历史上第一款氢气内燃机的历史可以上溯到 1807 年，瑞士人伊萨克·代·李瓦茨制成了单缸氢气内燃机。他把氢气充进气缸，氢气在气缸内燃烧，最终推动活塞往复运动。该项发明在 1807 年 1 月 30 日获得法国专利，这是第一个关于汽车产品的专利。但由于受当时的技术水平所限，制造和使用氢气远比使用蒸汽和汽油等资源复杂，氢气内燃机于是被蒸汽机、柴油机以及汽油机“淹没”。

早在十九世纪中期，人们就开始对使用氢气作为内燃机燃料产生了兴趣。1841 年英国颁发了第一个用氢气和氧气的混合气体工作的内燃机专利证。1852 年，慕尼黑的宫廷钟表技师制成一台用氢气-空气混合气体工作的内燃机。

在氢内燃机的历史上，德国一直占有很重要的地位。德国的 Rudolph Erren 尝试在氢内燃机中采用内部混气的方式。在他的研究工作中，穿过内燃机的冷水套的管道，氢气被一些小喷嘴直接喷入气缸内进行混合。氢喷入的质量和时间由燃料分配器控制，这种方案可以用任何燃料或是采用双燃料的方式让发动机工作。他还提出氢氧内燃机构想，并据此设计了实验，用到潜艇上。德国的奔驰公司开发组建的氢动力车队是世界首个用氢气作为内燃机燃料的车队，该车队在柏林已经试运行多年。氢气输送管道，加氢站也是最先在德国兴建的。现在，空中客车公司德国分部，奔驰航空公司也都正在努力开发装备氢动力内燃机的空中飞机。德国的其他汽车公司如宝马等都在大力发展氢动力汽车。

1.2 氢动力汽车的现状

日本自 1984 年实施“阳光计划”，投入示范运行氢动力车，仅日本武藏工业大学就有多达九辆的氢动力车投入试验，且型号各不相同；日本各大汽车公司，如马自达，本田等，也都在积极加入氢动力车行列；马自达公司推出了第一款氢动力概念车 HR-X，金属氢化物储氢罐储氢，

使用转子发动机，精确的实时控制系统是该车的三大特点，公司随后对该车型进行了改进，新款的 HR-X2 氢动力车功率可达到 98kw，该公司同时还对其他车型进行氢动力改装和氢能燃料电池的开发。

美国虽然涉足较晚，但其对氢动力车的发展起着至关重要的作用，是氢燃料界的后起之辈。首先，美国加州出台了“汽车零排放”标准，它规定：1998 年和 2003 年，销售的汽车中必须有 1%和 10%的“零排放”汽车，其中包括氢燃料汽车，其他各州也制定了相应的规定，保证替代能源计划的实施，这些法规的制定对氢动力车行业的发展起到很大的作用，使得氢动力车再次进入人们的视线。其次，美国科研机构及个人的研究成果与广泛参与也推动氢动力车的发展。

2003 年，欧盟公布了氢能发展构想的报告和行动计划，该计划将获得高达 20 亿美元的投资，计划到 2030 年使氢燃料汽车的比例达到 15%，而到 2040 年底该比例至少翻一番，并创立欧洲氢燃料电池组织。而“欧洲清洁城市运输项目计划”(CUTE)将投资 1850 万欧元，在欧洲进行广泛的氢燃料电池公共汽车试验，共有 9 个国家，13 坐城市，40 家企业，31 辆燃料电池公共汽车参加该项目。

加拿大政府提出“氢能早期采用者计划”，将投入 2.15 亿加元，用于发展新观念，包括氢动力高速公路的投资建设。政府出资 2300 万加元宣传推广燃料电池车。此外还有“加拿大氢能燃料电池伙伴”、“温哥华燃料电池案”以及“燃料电池输送复合项目”等项目。同时，巴拉德公司鼓励投资加拿大政府兴建世界第一条氢能公路。在公路上设置 7 个制氢点，使用其制取的氢气，以推动车用氢燃料电池更广泛的运用，而这些都只是加拿大氢能长期发展计划中的一部分。

韩国虽然对氢燃料技术的研究比美、日等国家落后四、五年，但其也公布了以氢能为基础的经济能源政策，期望到 2020 年，使交通对原油的依赖减少 20%，该政策将陆续投资达8.43 亿美元。

目前，所有的汽车巨头都在开发替代能源汽车。电力曾经被认为是未来汽车的动力，但蓄电池漫长的充电时间和庞大的重量渐渐使得人们对它失去了兴趣。而目前使用电与油混合动力车只能暂时地缓解能源危机，只能减少但无法摆脱对石油的依赖。这个时候，氢动力汽车的出现，给人们带来无限的希望和憧憬。

美国通用汽车公司通过甲醇燃料电池，采用甲醇经过重整产生氢气作为燃料。燃料电池的输出功率 45 至 69kW，起动时间约 30 秒，续航大约为五千小时或六万公里。美国能源部与福特汽车公司共同投资 1500 万美元用于开发燃料电池，目的为从汽油中制取氢燃料，其燃烧效率较汽油燃机高出近一倍。