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

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

该发动机实训台是本公司采用进口本田(广本2.2)发动机，为适应汽车教学需求而研制的。该实训台由电控发动机（八成新）、操作显示面板及发动机彩色原理图电脑控制柜、可移动式台架(万向脚轮)、汽油供给系统(脚踏式油门踏板)、冷却系统(自动电子风扇)、启动系统、发电系统、排放系统、发动机传感、器执行器、原车仪表、原车电脑、具有发动机运转及显示（水温.燃油.机油.充电.转速.车速）配备原车OBD-Ⅱ接口、真空显示表、燃油压力显示表、喷油器工作指示LED灯、电压检测表（检测任意路传感器工作信号、工作电压）。故障设置区可设置32路故障（老师设置任一路线路故障），故障排除区（学生通过各种仪器、仪表、或读取故障码）在面板上用专用排故线连接排除故障，通过OBD-Ⅱ读码、 消码、数据流、 故障分析、传感器信号模拟等多项功能，具有结构紧凑、操作方便、安全可靠、教学直观，是汽车发动机实物教学不可缺少的实验室理想设备之一。 技术性能： 1、主要参数值： ●直列四缸20气门水冷电喷发动机           排量2.2L ●自动变速器                              电控4速 ●可移动台架(分体式+安全不锈钢防护拦)     1600×900×1800mm ●汽油箱容量                              10L ●润滑液容量                              4.5L ●自动变速器油                            6.5L ●蓄电池容量                              12V42AH ●冷却液容量                              10L ●设备重量（不含油液）                    380Kg

★ 适用于各类院校汽车专业学员实操技能的培训考核； ★ 可对发动机进行结构和控制系统的认识实训； ★ 可对发动机进行拆卸和装配实训，学员可在拆装台架上进行发动机拆装和修理实操，拆装中发动机可做轴向任何角度翻转和静止，可与运行台架相连，通过接通发动机拆装架上的电路、油路、气路、水路等，运行发动机； ★ 配套台架操作使用说明与实训课题的实训指导书； ★ 经高温烤漆处理，带万向脚滚轮台架，便于移动教学； ★ 外形尺寸：850×590×1100mm

本发动机实训台是本公司采用进口丰田皇冠发动机为适应汽车教学需求而研制的，该实训台由电控发动机（八成新）、操作显示面板及发动机彩色原理图电脑控制柜、可移动式台架(万向脚轮)、汽油供给系统(脚踏式油门踏板)、冷却系统(自动电子风扇)、启动系统、发电系统、排放系统、发动机传感、器执行器、原车仪表、原车电脑、具有发动机运转及显示（水温.燃油.机油.充电.转速.车速）配备原车诊断接口、真空显示表、燃油压力显示表、喷油器工作指示LED灯、电压检测表（检测任意路传感器工作信号、工作电压）、故障设置区可设置32路故障（老师设置任一路线路故障）、故障排除区（学生通过各种仪器、仪表、或读取故障码）在面板上用专用排故线连接排除故障、通过诊断口读码. 消码.故障分析、传感器信号模拟等多项功能、具结构紧凑、操作方便、安全可靠、教学直观、是汽车发动机实物教学不可缺少的实验室设备之一。 二、技术性能： 1、主要参数值： ●直列六缸24气门水冷电喷发动机           排量3.0L ●可移动台架(分体式+安全不锈钢防护拦)     1600×900×1800mm ●汽油箱容量                              10L ●润滑液容量                              4.5L ●蓄电池容量                              12V42AH ●冷却液容量                              10L ●设备重量（不含油液）                    380Kg

本发动机实训台是本公司采用上海大众电控发动机为适应汽车教学需求而研制的，该实训台由电控发动机（新件）、操作显示面板及发动机彩色原理图电脑控制柜、可移动式台架(万向脚轮)、汽油供给系统(脚踏式油门踏板)、冷却系统(自动电子风扇)、启动系统、发电系统、排放系统、发动机传感、器执行器、原车仪表、原车电脑、具有发动机运转及显示（水温.燃油.机油.充电.转速）配备原车OBD-Ⅱ接口、真空显示表、燃油压力显示表、喷油器工作指示LED灯、电压检测表（检测任意路传感器工作信号、工作电压）、故障设置区可设置32路故障（老师设置任一路线路故障）、故障排除区（学生通过各种仪器、仪表、或读取故障码）在面板上用专用排故线连接排除故障、通过OBD-Ⅱ读码. 消码. 数据流. 故障分析、传感器信号模拟等多项功能、具结构紧凑、操作方便、安全可靠、教学直观、是汽车发动机实物教学不可缺少的实验室设备之一。 技术性能： 1、主要参数值： ●直列四缸8气门水冷电喷发动机            排量1.8L ●可移动台架(分体式+安全不锈钢防护拦)     1500×1000×1800mm ●汽油箱容量                              10L ●润滑液容量                              4.5 ●蓄电池容量                              12V42AH ●冷却液容量                              10L ●设备重量（不含油液）                    320Kg

一.软件介绍汽车构造及拆装软件采用“教、学、练、考”的完美结合方式，是一个集AJR实训、中心数据库、知识共享、管理系统、考试系统等于一体的平台。使汽车专业的学生进一步理解所学的汽车理论知识知识，掌握基本的职业技能，提高了其实际操作中的分析和解决能力，最终达到在学习的目的。 二.软件优势1.交互性强，操作简便实时响应操作者的输入，实训练习过程中，系统根据学生当前实训操作，作出相应的提示和帮助，学生再根据提示进行操作练习，整个操作过程方便易用。2.教学成本低学校实习实验建设配备先进、完整、齐备、典型的汽车及零部件需要花费高昂的经费。在实践操作前学生预先进行软件实训，强化规范化操作意识，在实践培养时可以有效降低设备的损耗。3.场景生动逼真系统以图片、动画、视频等多种方式介绍汽车发动机外围机构、配气机构及气缸盖、曲柄连杆机构的零件以及工具使用，还可采用360度旋转、缩放、移动等全方位查看汽车发动机部件零件及工具，更加具有真实、直观、生动和立体感。三.主要功能1.实训练习实训练习模块主要包括六大模块：外围机构拆卸、配气机构及气缸盖拆卸、曲柄连杆机构拆卸、外围机构安装、配气机构及气缸盖安装和曲柄连杆机构安装。下面以外围机构拆卸和外围机构安装为例进行详细介绍。2.实训考试实训考试模块主要检查学生实训操作水平，包括外围机构拆卸、外围机构安装、配气机构及气缸盖拆卸、配气机构及气缸盖安装、曲柄连杆机构拆卸和曲柄连杆机构安装六个模块。实训考试需要教师端开放实训考试项目后，学生才能进入对应模块考试。3.发动机总体介绍软件采用文字、动画等方式分别对发动机的结构和工作原理进行简单介绍。让学生首先对发动机有个整体的认识。此模块供分为概述、曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给、润滑系统、冷却系统、起动系统、点火系统分别进行介绍。4.工具箱点击导航工具箱下的子栏目“工具箱”，弹出页面，系统默认设置了常用工具和专用工具2大分类。可以分别点击选项卡进入，例如预制式扭力扳手，打开工具介绍页面，工具包括，分别从工具介绍、实物展示、3D展示、使用注意点四个方面进行介绍。5.零件库零件库从外围机构、配气机构及气缸盖、曲柄连杆机构三大机构介绍各部件的对应零件。进入零件库页面后，可以通过鼠标操作，移动、缩放、旋转爆炸图，了解零件在发动机中的位置。6.视频教学进入视频教学模块学习。点播观看学习外围机构的拆卸和安装、配气机构及气缸盖的拆卸和安装、曲柄连杆机构拆卸和安装。视频教学相对于文字而言更加生动清晰，能够帮助学生深刻理解汽车结构和流程。四.软件特点1.有效的监控管理方式教师端可以实时监控学生实训练习，为学生提供指导，了解学生知识掌握情况、综合能力，调整教学安排和进度。2.良好的练习记忆功能学生再次进入实训练习时，系统自动保存练习的记录，无需从头开始练习，可以继续上次未完成的实训练习，提高学习效率。3.开放性教学模式系统提高大量教学资源、考试题库、学生无论在学校、家里，只要能联网，就可以自主学习，并且及时更新补充知识，巩固学习汽车最新技术结构、原理和发展趋势方面的信息传递等内容。