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

本发明公开了一种参数可调智能高性能发动机主构架，通过曲柄摇杆机构、摆杆、摇杆滑块机构将曲轴的圆周运动转化为副活塞的上下往复直线运动，主副活塞所受侧向力、阻力均较小，发动机噪声低、热效率高；通过特定尺寸大小关系，发动机体积和重量大幅降低；排量调整机构调整发动机的排量、压缩比与发动机其它辅助系统协调工作实现发动机热力循环类型可调。本发明可以根据负载、路况的变化实时调节发动机排量、压缩比、热力循环，确保发动机在各种负载、路况下都有良好的工作条件，中小负载时该发动机的节能减排效果更明显,四缸发动机排量的最大调整范围在1.2-3.5之间，发动机压缩比的最大调整范围在6-6之间。

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。

1、航空航天领域涡喷发动机方面相关专家2、微型小型航空涡喷发动机项目整体技术负责人

该成果主要涉及叶片、叶盘阵列加工装备设计方法，同时利用精密数控磨削工艺，在阵列机床上实现双端带冠叶片的高效率加工技术。该成果可以构成完整的航空发动机加工技术体系。其中：1）建立多主轴阵列机床的设计方法，可实现一个工序同步加工叶片零件，提高叶片、叶盘加工效率；2）形成利用圆柱坐标机床三个运动轴实现叶片榫头和型面的全面加工方法，可用于进一步降低阵列机床成本；3）利用环面砂轮实现双端带冠叶片的精密磨削方法，可在阵列机床上一次装夹完成全型面的加工，进一步提高加工效率。 制造过程中，重点解决复杂型面及结构零件加工效率不足的生产难题，同时降低叶片、叶盘的加工成本；建立环面砂轮加工双端带冠叶片全型面的加工方式，避免二次装夹带来的重复定位误差，显著提高加工节拍。该成果的应用将极大地提高了航空发动机叶片的效率和成本，改善了传统铣削加工成本高、效率低、工序繁琐等生产难题。

该成果主要涉及叶片、叶盘阵列加工装备设计方法，同时利用精密数控磨削工艺，在阵列机床上实现双端带冠叶片的高效率加工技术。该成果可以构成完整的航空发动机加工技术体系。其中：1）建立多主轴阵列机床的设计方法，可实现一个工序同步加工叶片零件，提高叶片、叶盘加工效率；2）形成利用圆柱坐标机床三个运动轴实现叶片榫头和型面的全面加工方法，可用于进一步降低阵列机床成本；3）利用环面砂轮实现双端带冠叶片的精密磨削方法，可在阵列机床上一次装夹完成全型面的加工，进一步提高加工效率。

高温合金叶片研制是航空发动机、大型舰艇发动机、重型燃气轮机等“国之重器”创新发展的核心技术之一，因技术难度大、发展起步晚、国外封锁严等，成为制约国家安全能力提升的技术瓶颈。以满足国家重大需求为己任，西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室融合新型的3D打印技术和成熟的精密铸造技术，发明了航空发动机高温合金叶片的快速精铸技术。该技术可显著提升复杂叶片的制造能力、大幅缩短叶片制造的工艺路线、大幅降低制造对叶片设计的限制，对我国航空发动机制造体系和研制体系能力的提升具有重大的革新意义。目前，在国家项目和各级部门大力支持下，研究团队已攻克了该技术的关键难题，形成了完备的技术体系，建成了小批量生产线，具备了服务于我国先进航空发动机创新设计的能力。 航空发动机高温合金叶片的快速精铸技术的技术。以CAD数字数据直接驱动，利用光固化3D技术成形制造树脂原型，采用凝胶注模方法将陶瓷浆料一次贯注成型，冷冻干燥处理后，烧失树脂原型和烧结陶瓷，经过强化处理后，制备出芯壳一体化陶瓷铸型，在此铸型中浇铸金属，经凝固、脱芯等工序，即可得到高温合金叶片。

发动机是汽车的“心脏”，不同的发动机类型决定了车的类型和最终性能。在发动 机设计中，在工艺和装备的设计、制造直至投产的整个周期中，工艺和装备的设计、制 造占有三分之二的时间成为发动机改型换代的制约因素。目前，我国发动机行业的工艺 整体布局和设计仍然依靠人工凭经验设计，其设计思想，设计手段仍停留在相当弱后的 水平上，致使发动机的关键零件生产线的规划设计不得不花费大量外汇，依靠国外来设 计规划，这与我国汽车工业的发展完全不相适应。尤其当我国加入 WTO 后，轿车工业将 面临生死存亡的严峻考验，没有“边生产，边设计，边规划，边创新”的灵活多变的高 科技的设计与制造技术，就只有被动挨打。发动机是一个复杂的体系，其零部件不仅数 量众多、结构复杂，而且结构上存在着制约关系，显而易见它的零部件的加工必然是复 杂的，并且技术要求也非常高和苛刻，这就给制订加工工艺的技术人员带来了巨大的困 难，并且不同的技术人员有不同的技术背景，当然所制订的加工工艺也就存在着很大的 随机性。为了能制造出高质、高效和低成本发动机，必然希望花费最少的人力和物力来 制订出发动机零件的加工工艺，现代计算机技术和软件技术的日新月异的发展为我们解 决这项难题提供了有利的工具和手段，开发的发动机关键零部件加工工艺系统，可以 自动生成发动机零部件的加工工艺，实现用最少的花费来解决发动机零件的加工工艺问 题，把可能发生巨额损失的可能性降到最低限度。

“气体燃料发动机高能点火及燃料喷射电控系统”是气体燃料发动机电控系统的核心部分。本项目主要应用于稀燃天然气发动机，ECU系统采用基于宽域氧传感器的空然比稀燃闭环反馈及自学习控制技术，精确控制空然比使发动机在稀薄燃烧状态，减小发动机热负荷，减小发动机燃料消耗量；此外，采用高能点火装置并使用各缸独立顺序点火控制技术，提高点火能量，使稀燃混合气燃烧完全，排放污染物减少，发动机工作稳定；采用柔性功率调节装置——电子节气门，用以调节发动机稳态功率以及瞬态动力性和排放性能，减少瞬态过程排放。 为了保证气体发动机点火正常，其点火所需的能量比汽油机更高，应采用高能点火系统。本系统采用高能直接顺序点火控制系统，通过晶体管的开关作用代替传统点火系统的断电器触点，使初级电流不经过触点，这样便可增大初级电流的断开值，减少点火线圈低压绕组的匝数和低压电路电阻，从而提高点火电压。另外，取消传统点火系统中常用的分电器，采用每个火花塞单独控制方式，直接进行控制，不会因产生火花而消耗部分电磁能量，直接点火方式使得电磁能量得到充分的利用。目前，该系统的功能及性能指标已达国际同类产品水平，发动机的动力性和经济性指标优良，排放限值达国IV标准。 系统构成：传感器有转速及曲轴位置传感器、进气压力传感器、宽域氧传感器等，执行器有喷嘴、点火线圈以及火花塞、电子节气门、增压压力控制阀等，控制器为高性能16单片机。系统的基本功能是通过发动机的转速信号、曲轴位置信号等来进行判缸信号的识别、转速的计算，并通过发动机的运行工况计算各缸点火的时刻以及各缸初级点火线圈的通电时间、喷射时刻及喷射脉宽等，并实现空燃比稀燃闭环精确控制等。    主要应用范围： “气体燃料发动机高能点火及燃料喷射电控系统”主要用于以各种气体为燃料的内燃机，目前国内多采用单点燃料喷射系统及理论空燃比控制方式，相对而言控制简单，点火能量较低。为了满足发动机更严格的排放和节能要求，国内各大中城市的公交车辆普遍采用天然气发动机，气体发动机只有采用稀燃方式方能达到要求，稀燃气体燃料发动机需要较高的点火能量和燃料喷射要求，因此，“气体燃料发动机高能点火及燃料喷射电控系统”具有较广泛的市场。

本发明公开了一种内燃发动机车辆用电机辅助双离合换挡系统，包括依次连接的内燃发动机、与内燃发动机同速旋转的电机、双离合器、双输入轴、变速箱、输出轴和轮轴，以及油门开度传感器、发动机转速传感器、输出轴转速传感器、挡位位置传感器、选换挡执行器和控制单元；所述控制单元分别与油门开度传感器、发动机转速传感器、输出轴转速传感器、挡位位置传感器、选换挡执行器、电机和双离合器相电连接，电机通过电驱动器与储能装置相电连接，该电机具有电动机模式和发动机模式。本发明在换挡过程中通过电机调节待接合离合器主动盘的转速使其与从动盘的转速同步，使换挡过程平滑、减小换挡冲击和摩擦损耗，提高换挡舒适性，延长离合器的使用寿命。