内燃机掺氢燃烧

(一) 技术概述

HCNG（氢气+压缩天然气）内燃机掺氢燃烧技术，通过在天然气中掺入一定比例的氢气，改善燃烧性能，提高热效率，降低排放。提出最佳固定掺氢比为20vol%，具备完全自主知识产权的控制单元软硬件，打破国外垄断。

(二) 核心技术壁垒

1. 燃烧排放机理研究：揭示掺氢改变H和OH自由基浓度，火焰速率与[H+OH]浓度呈线性关系
2. 最佳掺氢比确定：提出HCNG内燃机最佳固定掺氢比为20vol%
3. 高效清洁燃烧方法：掺氢后稀燃极限从1.7拓展到2.4，高热效率空燃比范围从1.5拓展到1.8
4. 自主电控单元：完全自主知识产权的控制单元软硬件（底层软件、实时操作系统、OBD诊断系统、燃油系统控制和发动机/整车控制软件），打破博世/德尔福/伍德沃德垄断

(三) 技术优势

优势维度	具体表现
低排放	NOx降低50%以上，CH4降低16-44%，可达国Ⅵ标准
高效率	综合燃料消耗率降低7~10%，发动机综合热效率提高1.5-6.8%
动力性	HCNG内燃机动力性不低于原天然气发动机
兼容性	HCNG内燃机/汽车、加气站与天然气内燃机/汽车、加气站完全兼容
自主可控	电控单元完全自主知识产权，打破国外垄断

(四) 关键参数

WP6 HCNG发动机排放数据（国Ⅵ循环WHTC实测值）：

污染物	国Ⅴ限值	国Ⅵ限值	实测值
NOx(g/kWh)	2.0	0.46	0.36-0.41
CO(g/kWh)	4.0	4.0	0.10-0.20
NMHC(g/kWh)	0.55	0.16	0.03-0.05
CH4(g/kWh)	1.1	0.5	0.06-0.15

(五) 技术评价

• 2011年通过国家能源局国家级能源科技成果鉴定
• 鉴定委员会高度评价：”该项目研究的富氢燃气发动机关键技术达到了国际先进水平”
• 清华大学目前唯一通过国家能源局组织的国家级能源科技成果鉴定项目
• 国家能源局将优先推广，在资金、政策、产业化和示范应用等方面给予支持

(六) 应用场景

1. HCNG城市客车
2. HCNG重卡、卡车
3. HCNG发电机组
4. 工业锅炉掺氢燃烧
5. 居民取暖锅炉掺氢燃烧
6. 焦炉气、兰炭气综合利用