统计数据显示，目前国内商用车保有量达4150万辆，占总体机动车保有量的12.5%，但在交通碳排放中的占比高达60%，中型货车、重型货车、工程车均为碳排放和能源消耗的大户，其中900多万辆重型货车 ;贡献了机动车总体交通碳排放量的30%以上。未来商用车保有量将继续保持增长态势，这进一步加大商用车减碳压力。商用车燃料通常以柴油、天然气等化石能源为主，新能源商用车处于起步发展阶段，市场占比较小；新能源商用车型主要应用于短途运输牵引车、城建渣土运输、城市物流、公交等中短途交通场景，而在保有量大、运输强度高的中长途交通场景暂未实现技术与市场突破。

生态环境恶化和石油资源短缺是21世纪世界各国共同面临的两大重大问题，寻找替代的清洁能源是必然选择。氢燃料以其清洁、高效、可再生和零碳排放等特点受到广泛关注。与氢燃料电池相比，氢燃料内燃机有许多优势：氢燃料电池的技术门槛高，短期内实用化仍有相当的难度，而氢燃料内燃机在传统内燃机的基础上加以改造和调整，可以利用传统内燃机的技术积累和成熟的经验，技术实现难度不大；氢燃料内燃机仍可以利用传统内燃机的应用基础、市场化模式、维修经验与渠道，推广相对容易；而氢燃料电池造价与运行费用高昂，很难与氢燃料内燃机相比拟。

未来一段时间，内燃机仍将是商用车的主要技术路线。氢燃料内燃机，以传统内燃机为基础，通过改变燃料、供应系统、喷射系统等，燃烧氢气产生动力，从而驱动车辆的行驶。预计氢燃料内燃机在2025年后达到量产条件，为商用车碳中和提供了一个短中期效果较好的解决方案。由于氢特殊的物理化学特性，其作为内燃机的燃料既有独特的优势，也有需要探索的理论问题和需要攻克的技术难题，相比于传统内燃机，氢燃料内燃机更容易出现早燃、回火、爆燃等问题，本书将对这些内容做系统性的介绍，力求所述内容具有较强的先进性、条理性。

本书全面、系统地阐述了内燃机的发展历程、燃料的分类及氢燃料内燃机的发展概况；详细介绍了四冲程传统内燃机与氢燃料内燃机的结构与工作原理、氢燃料内燃机的换气与增压技术，以及氢燃料供给与混合气形成特点；深入剖析了纯氢燃料内燃机与氢双燃料内燃机的燃烧特点；系统总结了氢燃料内燃机异常燃烧的抑制方法、排放控制技术，以及氢燃料内燃机的电子控制技术与试验方法。

本书由湖南大学陈征教授、湖南大学张全长副教授、康明斯东亚研发有限公司钟号高工、广西大学黄豪中教授和天津大学刘海峰教授编著。在本书编写过程中，湖南大学覃涛、廖彬和马琪欣，中南林业科技大学梁继超，广西大学邢孔钊，天津大学黄志雄和金超等人做了大量资料收集和整理工作。初稿完成后，天津大学尧命发教授进行了审阅，并提出了许多宝贵建议，作者表示衷心感谢。

感谢康明斯东亚研发中心和湖南美湖智造股份有限公司的大力支持；康明斯东亚研发中心提供的行业一线案例，使本书内容更具实践参考价值。特别感谢湖南大学特聘教授、康明斯原全球副总裁彭立新博士，在本书的策划和出版过程中所给予的积极支持和宝贵指导。

本书的编撰深受学界前辈智慧的启迪，正如;先哲开宗明道义，后学继志续薪传所训。在研究和写作过程中，编者团队深入研读了相关领域权威学者的经典著作、高等教育机构审定的教材、重要学术期刊的典范论文，以及具有理论创新价值的学位论文等。在此，向所有为行业发展做出贡献的前辈和同仁致以诚挚的谢意。

感谢朱艳春女士在整理图片和校验书稿方面提供的帮助，以及她一如既往的精神支持和生活照顾，这使得本书能够顺利完成。

鉴于编者能力有限，以及引用资料的广泛性，学术观点的多样性，本书难免存在不妥之处。恳请读者提出宝贵意见，以便在本书再版时进行修订和更正。

编者

深耕氢燃料内燃机核心技术，赋能未来能源动力发展

1.内容系统全面，覆盖氢燃料内燃机全技术链条，从原理到试验研究层层递进，构建完整知识体系。2.聚焦产业痛点，精准解析氢燃料内燃机燃烧、控排等核心问题，为行业关键技术突破提供理论支撑。3.融合前沿成果，凝聚编者一手工程经验与行业一线案例，内容兼具先进性与实用参考价值。4.适配多元受众，既适合高校相关专业教学，也可供企业技术人员、科研工作者学习参考。5.编排科学合理，配套练习题与实践导向内容，助力理论知识向工程应用能力转化。

本书系统介绍了内燃机的发展简史、燃料分类及氢燃料内燃机的发展概况、四冲程传统内燃机及氢燃料内燃机的结构与原理、氢燃料内燃机的换气与增压、氢燃料供给与混合气形成过程；深入阐述了纯氢燃料内燃机和氢双燃料内燃机的燃烧特性；系统总结了氢燃料内燃机的异常燃烧及其抑制方法、排放与控制技术，以及电子控制技术与试验研究。

本书适合作为高等院校车辆工程、能源与动力工程、新能源科学与技术等专业的本科生、研究生的教学用书，也可供相关企业的工程技术人员参考，无论是设计开发者、科研工作者还是刚入门的技术人员。

陈征，天津大学工学博士，博士后。现为湖南大学岳麓学者特聘教授，博士生导师，能源与动力工程学科专业责任教授。国防基础研究重点项目首席技术专家。担任中国高等教育学会工程热物理专业委员会理事，中国机械工业教育协会动力机械工程学科教学委员会委员，中国内燃机学会设计与智能制造分会委员。主持173计划重点项目、国家科技支撑计划课题、国家自然科学基金及企业合作项目四十余项，发表国内外重要期刊论文一百余篇。获湖南省自然科学奖二等奖，中国汽车工业科学技术奖二等奖和天津市自然科学奖二等奖等奖项。主要研究方向为低碳与零碳内燃机燃烧、汽车与航空发动机设计开发与数值模拟等。

丛书序前言〉〉〉第1章概述11.1内燃机的发展简史11.2内燃机的分类与应用21.2.1不同工作原理的内燃机31.2.2不同类型的往复活塞式内燃机51.3内燃机的燃料91.3.1燃料发展概述91.3.2石油基燃料101.3.3替代燃料121.3.4电力合成液体燃料181.4氢燃料内燃机的发展概况18练习题22〉〉〉第2章四冲程内燃机结构与原理252.1内燃机基本结构与原理252.1.1四冲程内燃机的基本结构252.1.2四冲程内燃机的工作原理352.2内燃机循环及性能评价382.2.1示功图382.2.2工作循环402.2.3性能指标442.2.4燃烧放热规律计算482.3氢燃料内燃机的结构与原理532.3.1氢燃料内燃机的结构特点532.3.2氢燃料内燃机的工作原理57练习题58〉〉〉第3章氢燃料内燃机换气与增压613.1四冲程氢内燃机换气613.1.1换气过程613.1.2换气损失623.2进气增压633.2.1进气增压的概念633.2.2进气增压的方式643.2.3增压系统的类型663.2.4点燃式内燃机增压803.2.5氢燃料内燃机增压823.3废气再循环技术853.4充气效率及影响因素883.4.1充气效率的概念883.4.2影响充气效率的因素883.4.3提高充气效率的措施89练习题91〉〉〉第4章氢燃料供给与混合气形成934.1氢燃料特性934.1.1氢燃料理化特性934.1.2氢燃料着火燃烧特性934.2氢燃料供给系统结构与分类944.2.1内燃机燃料供给系统概述944.2.2气体燃料电控喷射系统的设计目标964.2.3氢燃料的制取及储存974.2.4氢燃料供给方式994.2.5氢燃料供给压力1004.2.6氢燃料供给计量1004.3氢燃料内燃机缸内气体流动与混合气形成1014.3.1内燃机缸内气体流动1014.3.2内燃机混合气制备要求1024.3.3进气道喷射氢内燃机缸内流动及混合气形成1034.3.4缸内直喷氢内燃机缸内流动及混合气形成109练习题115〉〉〉第5章氢燃料内燃机燃烧1185.1燃烧热化学1185.1.1理想气体模型1185.1.2实际空气和燃料的成分1195.1.3燃烧化学计量值1195.1.4燃料的热值1205.1.5绝热燃烧过程1225.2点燃与自燃着火理论1225.2.1点燃着火1235.2.2自燃着火1295.3内燃机燃烧过程1305.3.1点燃式内燃机燃烧过程1305.3.2压燃式内燃机燃烧过程1315.4纯氢燃料内燃机燃烧1335.4.1氢燃料燃烧的火焰发展过程1335.4.2进气道喷射氢燃料内燃机燃烧特性1345.4.3缸内直喷氢燃料内燃机燃烧特性1385.5氢双燃料内燃机燃烧1455.5.1氢_汽油双燃料内燃机1455.5.2氢_柴油双燃料内燃机1495.5.3氢_氨双燃料内燃机1545.5.4氢_天然气双燃料内燃机158练习题163〉〉〉第6章氢燃料内燃机异常燃烧与抑制方法1656.1氢燃料内燃机异常燃烧的概念1656.1.1氢燃料内燃机异常燃烧的基本概念1656.1.2氢燃料内燃机异常燃烧的分类1666.2氢燃料内燃机异常燃烧的机理1666.2.1早燃1666.2.2回火1706.2.3燃烧循环波动1726.2.4爆燃1756.3氢燃料内燃机异常燃烧的抑制方法1786.3.1喷氢正时和点火正时优化1786.3.2废气再循环1796.3.3缸内直喷氢气1806.3.4喷水技术1826.4氢燃料内燃机异常燃烧的诊断1836.4.1燃烧诊断技术的研究现状1836.4.2基于光学发动机直拍的氢燃料内燃机异常燃烧诊断1866.4.3基于LIF和PIV技术的氢燃料内燃机异常燃烧诊断187练习题190〉〉〉第7章氢燃料内燃机排放与控制技术1927.1氢燃料内燃机排放物的生成机理与影响因素1927.1.1NO的生成机理1927.1.2NO2的生成机理1967.2氢燃料内燃机排放的缸内控制1977.2.1过量空气系数对NOx排放的影响1977.2.2点火时刻对NOx排放的影响1987.2.3喷氢时刻对NOx排放的影响1997.2.4缸内喷水对NOx排放的影响2007.2.5废气再循环对NOx排放的影响2037.2.6增压对NOx排放的影响2057.3氢燃料内燃机的排放后处理2077.3.1选择性催化还原技术2077.3.2选择性非催化还原技术2097.3.3三效催化技术2107.3.4富燃料NOx催化技术2137.3.5贫燃料NOx捕集技术2137.3.6氢燃料内燃机集成后处理技术214练习题216〉〉〉第8章氢燃料内燃机电子控制与试验2188.1氢燃料内燃机电控系统硬件设计2188.1.1传感器信号处理硬件电路设计2188.1.2电源保护电路和供电电源模块设计2218.1.3MCU选择及最小系统电路设计2258.1.4CAN通信电路设计2278.1.5进气道喷氢阀驱动和点火电路硬件设计2278.1.6缸内直喷喷氢阀电路硬件设计2338.1.7电子节气门、EGR阀和VGT的控制2358.1.8爆燃处理电路设计2378.2氢燃料内燃机电控系统软件设计2388.2.1喷氢时刻与点火时刻的确定方法2388.2.2高压缸内直喷喷氢阀电流波形软件设计2398.2.3爆燃信号软件设计2418.3氢燃料内燃机试验2438.3.1氢燃料内燃机试验要求2448.3.2氢燃料内燃机试验系统2458.3.3氢燃料内燃机特性试验248练习题251〉〉〉附录常用缩写词253〉〉〉参考文献255