包凌志，孙柏刚，汪 熙

（北京理工大学 机械与车辆学院，北京 100081，中国）

当前，化石燃料的能源危机和排放法规的日益严苛是内燃机行业所面临的巨大挑战，因此内燃机必须向高效率、低排放，甚至零排放的方向发展[1]。H2燃烧的产物为水，没有碳排放，所以也被认为是一种未来的、清洁的能源载体[2]。

当前氢能的应用主要有2种方式：氢燃料电池和氢燃料内燃机。氢燃料电池具有高效、无噪音的特点，且生成物只为水。对于另1种方式，H2具有宽广的可燃范围、极快的燃烧速度和极低的点火能量，非常适合作为传统内燃机的替代燃料[3]。相比于燃料电池，氢内燃机成本低、工作范围广、可以利用工业废氢。宝马、丰田等开发的氢内燃机汽车进一步证明了氢内燃机具有良好的动力性、经济性和实用性[4]。

氢内燃机的进气组织方式主要分为缸内直喷 （direct injection， DI）和 缸 外 进 气 道 喷 射（port fuel injection，PFI）[3]2种。PFI 氢内燃机是实现氢能源应用最简洁、经济和可靠的途径[5]。然而采用进气道喷射时，H2与空气在进气道混合时会占用气缸容积，在化学当量比下可以达到30%，导致功率下降，同时易发生回火和早燃的问题[6]。DI氢内燃机则能解决以上问题，有效避免异常燃烧，大幅提升动力性（比汽油机高17%），是当前研究的热点和未来技术发展方向[7]。

由于H2绝热火焰温度高，依据泽尔多维奇机理在燃烧的过程中，氢内燃机会产生NOx排放，随着温度的升高和氧浓度的增加，NOx生成量将呈指数型增长。在直喷氢内燃机中，由于喷射时刻晚，H2与空气的混合时间短，混合气浓度分布不均匀， NOx最高可达8 000 ppm[8]。……