围绕现代发动机的高可靠性与节能需求，将发动机摩擦学研究从传统的宏观尺度拓展到微观尺度上，引入表面织构激光微加工低摩擦技术，通过润滑摩擦理论以及发动机台架性能试验等方面研究，探索表面织构技术在发动机缸套-活塞环、凸轮轴等关键摩擦副上应用研究，以达到改善润滑，减小摩擦，减磨增寿以及发动机性能提高等综合目标。研究中， 从揭示内燃机关键零部件的摩擦学机理出发，利用数值模拟与台架性能试验相结合的方法，研究微织构几何参数和分布规律对油膜厚度、摩擦功耗、机油消耗的影响规律。针对缸套-活塞-活塞环系统在进气、压缩、

该系统包括电控多点顺序喷射系统和高能电控直接点火系统，系统采用了多点顺序喷射技术、高能直接点火技术、稀燃技术以及宽域空燃比闭环技术等当前国际领先的新技术。通过采用该系统，可提高发动机的经济性和排放性，可使气体燃料发动机的排放满足欧Ⅱ标准以上排放法规的要求。该系统可广泛用于大型公交车、中型客车、轿车和发电机组用发动机等，具有广阔的应用范围。 技术特征： 1．高能电控直接点火系统 该产品采用了在整个工况范围内均能正常点火的高能点火系统，电控直接点火系统取消了分电器，使得安装方便，可靠性提高，而且能根据发动机不同运行工况，控制各缸的点火定时和点火时间，从而为发动机的正常工作创造了条件。该系统是实现增压发动机高效稀薄燃烧的关键技术之高能电控直接点火系统由于采用了直接点火方式，取消了分流器，使得系统可靠性提高，点火能量的损失减少，提高了点火系统的性能，同时各缸采用单独顺序点火方式，从而提高了发动机点火系统能量利用效率。 高能电控直接点火系统通过判缸信号的识别，根据发动机的运行工况，精确控制各缸的点火定时以及点火时间。系统硬件部分由输入信号处理电路，单片机为核心的主控系统电路，点火线圈驱动电路以及通讯接口电路等构成，并可以离线通过标定系统对该系统的点火脉谱数据进行修改或重新处理。 该系统具有适用工况范围广，点火定时控制精度高，抗干扰性能强和工作性能稳定的特点，系统的开发填补了国内同类产品的空白。 2．气体燃料电喷系统的应用 发动机电控喷射系统有电控单元、喷射执行器和各种传感器所构成。该系统采用最先进的多点顺序喷射的喷射方式，根据发动机的转速并配合判缸信号进行各缸独立的同步喷射。电喷系统的多点顺序喷射方式可按照工况以最佳的喷射定时和喷射量向各个气缸喷射每次燃烧所需的燃料量，精确地控制发动机运行时的空燃比，使空燃比稀限扩大，实现稀薄燃烧，从而降低发动机的排放、提高发动机的经济性能。 该电控喷射系统根据标准设计及可靠性原则，采用模块化设计方法，进行电控单元硬件系统设计，优化元器件布置，提高了抗干扰性能。应用现代软件工程技术开发成功了具有层次体系、模块化结构的实时控制软件，软件功能完善、易于管理、便于调试；实际了电控系统的多种故障诊断和应急处理方案。系统所采用的各种传感器均采用成熟车用标准配件，可靠性高、价格合理，易于实现产业化。 应用前景： 该技术具有很好的社会效益，而且由于科技含量高，具有较高的附加值，同时市场需求旺盛，从而会带来很好的经济效益。 应用范围： 该系统可广泛用于大型公交车、中型客车、轿车和发电机组用发动机等，具有广阔的应用范围。

近年来，环境污染问题严重，石油等不可再生资源日趋匮乏，探求汽车新的动力源已经成为世界汽车领域研究和发展的热点，燃料电池汽车作为一种新型节能汽车备受关注。质子交换膜燃料电池作为第四代燃料电池技术，不但突破卡诺循环限制，能量转换效率高，而且排放污染少，对环境极其友好。部分汽车企业已经开始进行小规模的 PEMFC 汽车试运行和小批量投产，加快了其商用进程。 燃料电池装置作为燃料电池汽车的动力装置，是整个装配体中最重要的部件，如何对质子交换膜燃料电池（PEMFC）进行有效

01. 成果简介 质子交换膜燃料电池具有高比功率、可快速启动、无腐蚀性、反应温度低、氧化剂需求低等优势，是当前燃料电池汽车的首选，然而，针对目前质子交换膜燃料电池系统设计和控制，还存在以下问题： 1. 在考虑零下低温条件下电堆快速暖机的前提下，实现最优增湿效果，是燃料电池系统设计的一个挑战； 2. 由阳极与阴极两侧压差波动造成的燃料电池质子交换膜机械损坏、以及由燃料电池的高电位造成的燃料电池多孔碳纸化学腐蚀，是限制燃料电池寿命的重要因素； 3. 当燃料电池汽车进入隧道或者地下车库等封闭空间时，由于阳极吹扫而被排出的氢气会在该密闭空间上方聚集，产生安全隐患； 本成果提供一种能够实现阳极再循环和阴极排气再循环的燃料电池系统设计，以及相应的气体压力随动控制、气体湿度多模式控制和输出电压钳位控制，可精确控制进入电堆的氢气/空气压力、总流量、温度、湿度和氧含量等参数，具体如下： 1. 燃料电池系统对进气湿度要求较高，只有在最优增湿条件下，才能实现最高输出效率，为了实现对进气湿度的控制，目前主要由外部增湿和自增湿两种系统，前者低湿环境条件下电堆增湿效果较好；后者取消了外部增湿器，加快了零下低温条件下电堆暖机过程。本成果采用阳极+阴极双循环系统，在小负荷工况下，增大阴极循环程度，充分运用阴极生成水对燃料电池进气进行加湿；在中高负荷下降低阴极循环程度，而增高阳极循环程度，避免由于进气流量过大引起的阴极循环泵功率消耗过高的问题。兼顾低湿环境条件下提高电堆增湿效果与零下低温条件下电堆暖机过程，提高电堆效率； 2. 首先，进入燃料电池电堆的气体流量与气体压力存在一定耦合关系，导致阳极与阴极两侧气体压力将随着燃料电池发电系统的输出功率变化而变化，由此引起的阳极与阴极两侧压差波动会对燃料电池内部的质子交换膜产生机械损坏，本成果采用阳极+阴极压力快速随动控制，从而降低由压力波动造成的机械损坏；此外，在怠速或小负荷时，燃料电池的高电位会对燃料电池内部的多孔碳纸造成化学腐蚀，为此，在怠速或小负荷时，本成果通过增大阳极循环程度，降低燃料电池电位，实现对电压的钳位控制，从而降低由高电位引起的化学腐蚀；综上所述，本成果通过阳极+阴极压力快速随动控制和电压钳位控制，延长电堆寿命； 3. 由于氮气和水的浓差扩散作用，燃料电池阳极侧都会出现氮气累积和液态水水淹现象，引起燃料电池性能下降，因此需要定期对阳极侧进行吹扫，将累积的液态水、氮气与未反应的氢气一起排出。本成果在阳极出口处增加了燃料电池小面积单片，用于处理尾排氢气，从而实现燃料电池系统氢气零排放，保障燃料电池系统的运行安全。 燃料电池双循环系统02. 应用前景 本成果可应用于质子交换膜燃料电池领域。03. 知识产权 本成果涉及9项发明专利。04. 团队介绍 项目团队主要研究方向新能源汽车动力系统，团队成员包括欧阳明高、李建秋、杨福源、王贺武、卢兰光、李希浩、徐梁飞、杜玖玉、韩雪冰、冯旭宁等，课题负责人为李建秋，获得国家技术发明二等奖两项，北京市科学技术一等奖一项、中国汽车工业技术发明一等奖一项，论文发表200余篇。项目团队深度参与了中国新能源汽车的战略规划、科技研发、国际合作、示范考核和产业化推进的全过程，培育出多家学生创业型高科技企业，为中国新能源汽车跻身世界先进行列作出了重要贡献。05. 合作方式 技术许可。06．联系方式 邮箱： zhangyan2017@tsinghua.edu.cn

近年来，环境污染问题严重，石油等不可再生资源日趋匮乏，探求汽车新的动力源已经成为世界汽车领域研究和发展的热点，燃料电池汽车作为一种新型节能汽车备受关注。质子交换膜燃料电池作为第四代燃料电池技术，不但突破卡诺循环限制，能量转换效率高，而且排放污染少，对环境极其友好。部分汽车企业已经开始进行小规模的PEMFC汽车试运行和小批量投产，加快了其商用进程。 燃料电池装置作为燃料电池汽车的动力装置，是整个装配体中最重要的部件，如何对质子交换膜燃料电池（PEMFC）进行有效的热管理，对其工作效率、使用寿命和运行经济性有着极其重要的意义。 通过对燃料电池的热分析，与上汽合作搭建起36kW的Plug-in燃料电池发动机试验平台。 借助试验平台，可以对电堆进行大量实验，并且可以分析电堆的输出的功率，极限功率，及功率调节特性等动力数据；还可以分析电堆的散热性能，以及散热效果对电堆的功率影响等基础数据。

哈工大航天学院复合材料与结构研究所赫晓东教授团队承担的“发动机气瓶热防护”项目，成功研制出一种轻质高效柔性绝热复合防护结构，该柔性绝热复合防护结构应用于长征五号运载火箭二级发动机，3次助力长征五号成功飞天。研究团队采用材料微结构连续调控优化设计方法，充分发挥纤维材料性能特点，研制出了纤维分布特殊、密度小、隔热性能优异，并具备三维曲面贴合、阻燃及不吸潮等特点的轻质绝热柔性热防护材料。发动机气瓶组件及气瓶支架均采用该柔性热防护结构，在长达30分钟的辐射传热和羽流形成的对流传热耦合工况下，发动机气瓶壳体的表面温升不超过35℃，解决了长征五号二级发动机舱内热防护难题。

本成果率先分析了旋转对置活塞发动机的能量分布，阐明了发动机运行参数对能量分布的影响规律，揭示了发动机运行工况影响旋转对置活塞发动机燃油经济性的机理，提出发动机能量回收技术和降低能量损失的燃烧控制措施，有效改善了发动机的燃油经济性。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、技术分析 旋转对置活塞发动机没有复杂的曲柄连杆机构和配气机构，进、排气门的开启通过活塞的转动控制。由于进、排气门、喷油系统为分开式布置，进、排气门的面积比较大，有利于提高发动机的充量系数。旋转对置活塞发动机的动力输出轴每旋转一周，每个气缸完成一次完整的做功过程，其做功频率为传统四冲程往复式活塞发动机的两倍，且进、排气过程、燃烧过程较二冲程发动机更加完善。旋转对置活塞发动机可以运用于特种车辆、小型无人机、混合动力车辆、农用机械等的主动力系统。 分析了旋转对置活塞发动机燃烧室内未燃燃料的分布，明确了燃烧室内未燃燃料形成的原因，揭示了特定工况下旋转对置活塞发动机燃烧效率偏低的机理。采用了优化喷油策略、燃烧相位和当量比的方法，改善缸内油气混合、促进缸内燃烧，获得缸内最佳燃烧特性。相关研究取得重要发现，旋转对置活塞发动机最佳燃烧相位随工况的变化较小，有利于降低控制程序和车辆电控系统的复杂性并提高控制系统的鲁棒性。 率先分析了旋转对置活塞发动机的能量分布，阐明了发动机运行参数对能量分布的影响规律，揭示了发动机运行工况影响旋转对置活塞发动机燃油经济性的机理，提出发动机能量回收技术和降低能量损失的燃烧控制措施，有效改善了发动机的燃油经济性。旋转对置活塞发动机通过冷却液损失的热量显著低于传统发动机，极大降低了冷却风扇能量消耗，提高了发动机动力的传递效率。

在柴油机进气管上加装一套电控低压燃料喷射装置,喷入低十六烷值燃料进入气缸形成预混合气,在靠近上止点时喷入少量柴油引燃预混合气来形成准HCCI(均质充量压缩着火)燃烧.本文考察了不同喷嘴参数及不同供油提前角对发动机排放的影响.采用可控预混合燃烧后,发动机的烟度和氮氧化物排放得到了大幅改善,但HC和CO浓度明显升高.

项目成果/简介:在柴油机进气管上加装一套电控低压燃料喷射装置,喷入低十六烷值燃料进入气缸形成预混合气,在靠近上止点时喷入少量柴油引燃预混合气来形成准HCCI(均质充量压缩着火)燃烧.本文考察了不同喷嘴参数及不同供油提前角对发动机排放的影响.采用可控预混合燃烧后,发动机的烟度和氮氧化物排放得到了大幅改善,但HC和CO浓度明显升高.