随着环境问题日益严重,清洁节能已成为内燃机发展的必然趋势。氢气作为内燃机的代用燃料有很多优点,被认为是内燃机的理想替代能源之一。然而目前国内外的氢气站基础设施建设很不完善,氢气在汽车行业的应用受到氢气加注困难的困扰,氢气的大量随车储存会给汽车带来安全隐患。车载电解水制氢是一种比较简单有效的方式,可以解决掺氢内燃机的氢气来源问题。车载电解水制氢机利用内燃机的发电机提供的电能电解水产生氢气和氧气,这样必然会对整车的性能产生影响。本文利用试验和仿真相结合的方法研究了车载电解水制氢机对整车油耗的影响,并利用车载电解水制氢机电解产生的氧气对富氧进气汽油机的动力性、经济性、排放性进行了试验研究。本文以北汽集团生产的四缸、1.5L自然吸气发动机为原型机,对原型机进行了相应改造。在原型机进气歧管靠近进气门位置打孔、加装了氢气喷嘴,在电子节气门之后加装了氧气喷嘴;设计制造了一台采用电解水制取氢气的车载电解水制氢机;自主开发了一套可以实现发动机纯氢起动、纯氢启动后氢气至汽油平稳过度、喷氧量自由调节及车载电解水制氢机起停的混合燃料内燃机电子控制单元。在内燃机试验台架上,利用车载电解水制氢机同时产生氢气和氧气的特点,研究了富氧进气对汽油机的动力性、经济性、排放性的影响。试验选取常用转速1500rpm、2000rpm和进气道绝对压力42kPa、68kPa为试验工况。试验在分别为1500rpm和42kPa、1500rpm和68kPa、2000rpm和42kPa、2000rpm和68kPa四个工况下通入不同的氧气流量。试验研究表明,富氧发动机的动力性得到较明显改善,在不同转速、不同符合条件下,发动机的转矩整体上都随着发动机进气氧浓度的上升而增加,但增加的程度越来越趋于平缓。富氧发动机的经济性在部分工况下得到改善,提高特定工况下发动机进气氧浓度可以使发动机的比油耗比原机下降。富氧发动机的排放性优劣并存,提高发动机进气氧浓度能明显改善燃料的燃烧环境,有利用燃料的充分燃烧,减少了HC和CO排放,但由于进气氧浓度的提高,燃料燃烧加快,缸内燃烧温度和压力均明显升高,导致NOx增加。通过试验台架测出了搭载电解水制氢机运行时内燃机的Map图。从发动机Map图中可以得出,在典型工况下,电解水制氢机电解水使发动机的油耗增加,但在发动机转速大于1300rpm,进气道绝对压力大于48kPa的区间内开启电解水制氢机可以获得较低的油耗。利用AVL-Cruise软件建立整车模型,基于试验数据,采用纯氢起动-怠速起停策略模拟计算了车载电解水制氢机对整车油耗的影响。计算结果表明,与原机相比,采用怠速起停-纯氢起动策略并使车载电解水制氢机工作在优化工况下,发动机的油耗可以节省8.43%;由于怠速时间和氢气起动次数不同,采用怠速起停-纯氢起动策略后UDC循环内节油较多,而EUDC循环内节油不明显。