《內(nèi)燃機用氫燃料》

（草案）

編制說明

一、工作簡況

1.1任務(wù)來源

2022年1月5日，中國內(nèi)燃機學(xué)會下發(fā)了《關(guān)于公開征集2022年中

國內(nèi)燃機學(xué)會團體標(biāo)準(zhǔn)項目計劃的通知》，通知將碳達峰、碳中和相

關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)納入了征集范圍。2022年7月3日，《內(nèi)燃機用氫燃料》

團體標(biāo)準(zhǔn)通過了”2022年第二批團體標(biāo)準(zhǔn)制修訂項目立項評審會”的

評審，并于當(dāng)月7日由“中內(nèi)會字【2022】27號關(guān)于2022年第二批團

體標(biāo)準(zhǔn)立項的公告發(fā)布版”正式下達團體標(biāo)準(zhǔn)制訂任務(wù)。

《內(nèi)燃機用氫燃料》團體標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)書編號：2022-26，由廣州汽

車集團股份有限公司汽車工程研究院、中國第一汽車集團有限公司研

發(fā)總院、北京氫燃料科技有限公司（北京理工大學(xué)）、濰柴動力股份

有限公司、中國船舶集團有限公司第七一一研究所、中國石油石油化

工研究院、天津大學(xué)、吉林大學(xué)、中國內(nèi)燃機學(xué)會、東風(fēng)商用車有限

公司、中國石油集團濟柴動力有限公司等單位研究起草。

1.2背景意義

國家發(fā)布“3060”雙碳計劃后，各行各業(yè)都面臨著不同程度的轉(zhuǎn)

型壓力。得益于國家的電力清潔計劃，電機在新環(huán)境下的優(yōu)勢將愈發(fā)

明顯。而內(nèi)燃機受制于傳統(tǒng)化石燃料的特性，通過追求熱效率的極限

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來實現(xiàn)降碳的空間有限，因此，選擇一種符合降碳大趨勢的新燃料成

為了解決這一問題的可行方法。

由于氫氣的制備技術(shù)同樣會受到電力清潔計劃的降碳紅利，因此，

當(dāng)前氫能源的發(fā)展已受到重點關(guān)注和推廣，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)亦已陸續(xù)開始制

訂，可以說“氫能源是雙碳背景下的一款優(yōu)質(zhì)能源”這一觀點已經(jīng)越

來越受到社會的認可。而當(dāng)前加氫站供應(yīng)的氫氣仍然以燃料電池的標(biāo)

準(zhǔn)為主，其制備成本相對較高，一定程度上影響了氫能源的發(fā)展，而

氫內(nèi)燃機對氫氣的要求則更低。

因此，考慮到氫內(nèi)燃機的技術(shù)現(xiàn)狀及未來發(fā)展，有必要對內(nèi)燃機

用氫燃料的組分進行制訂，突出內(nèi)燃機用氫燃料相比氫燃料電池用氫

燃料氫氣純度要求低的優(yōu)勢，以促進我國內(nèi)燃機在雙碳背景下的健康

發(fā)展。

1.3主要工作過程

任務(wù)下發(fā)后，通過與技術(shù)人員的溝通，結(jié)合前期研究結(jié)果，決定

參考現(xiàn)有的ISO標(biāo)準(zhǔn)中對于內(nèi)燃機用氫氣的技術(shù)要求進行初次試驗，

并根據(jù)研究結(jié)果于2023年02月形成了草案。具體的工作情況如下：

1）2022年7月，在“2022年第二批團體標(biāo)準(zhǔn)制修訂項目立項

評審會”上，本團體標(biāo)準(zhǔn)正式更名為《內(nèi)燃機用氫燃料》，會上明確

應(yīng)將研究重點放在氫氣的組份上，目的是凸顯氫內(nèi)燃機燃料相比氫燃

料電池用燃料在成本上的優(yōu)勢。

2）2022年8~9月，廣汽研究院內(nèi)部就試驗方案進行了討論，

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因研究院僅可針對自身的混動氫內(nèi)燃機展開研究，對于其他乘用車級

別的氫內(nèi)燃機、商用車及船舶上搭載的內(nèi)燃機無法進行有效試驗，故

僅對自身的氫內(nèi)燃機進行了計劃安排，并進行了摸底測試。

3）2022年10月~2022年12月，計劃在草案編制前先舉行一次

碰頭會，明確工作安排及試驗方式。但與內(nèi)燃機學(xué)會進行了多輪溝通

后，學(xué)會方建議應(yīng)先拿出一份草案，以此為基礎(chǔ)進行后續(xù)工作的展開。

4）2023年1~3月，廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究

院根據(jù)初次摸底的結(jié)果編制了初版標(biāo)準(zhǔn)草案，并通過了內(nèi)部審核。

本標(biāo)準(zhǔn)的主要參與單位包括：廣州汽車集團股份有限公司汽車工

程研究院、中國第一汽車集團有限公司研發(fā)總院、北京氫燃料科技有

限公司（北京理工大學(xué)）、濰柴動力股份有限公司、中國船舶集團有

限公司第七一一研究所、中國石油石油化工研究院、天津大學(xué)、吉林

大學(xué)、中國內(nèi)燃機學(xué)會、東風(fēng)商用車有限公司、中國石油集團濟柴動

力有限公司。

二、團體標(biāo)準(zhǔn)編制原則和確定團體標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的依據(jù)

2.1編制原則

1）規(guī)范性原則：在標(biāo)準(zhǔn)的起草過程中，嚴(yán)格按GB/T1.1—2020

的要求規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容。在條款表述上，準(zhǔn)確按照GB/T1.1-2020的

規(guī)定表述。

2）科學(xué)性原則：本標(biāo)準(zhǔn)在編寫過程中，考慮到試驗的特殊性，

優(yōu)先選擇參考現(xiàn)有的國際標(biāo)準(zhǔn)對氫氣組分進行定義，并進行了后續(xù)的

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研究，結(jié)果顯示當(dāng)前氫氣組分滿足性能要求。

3）可操作性原則：本研究建立在已有的混動氫發(fā)動機的性能前

提下，通過更換氫氣，對發(fā)動機的工況點進行測試，對結(jié)果的復(fù)現(xiàn)性

進行驗證。經(jīng)過驗證，該方法可行，確保了試驗的便捷、準(zhǔn)確、有效。

4）適用性原則：本標(biāo)準(zhǔn)需要綜合考慮乘用車、商用車及船舶內(nèi)

燃機對氫氣的要求，盡可能滿足常規(guī)交通運輸中內(nèi)燃機的需求，提升

了標(biāo)準(zhǔn)的適用性。但本草案編寫期間，尚無法對其他企業(yè)或機構(gòu)的氫

內(nèi)燃機以及商用車和船舶級別的內(nèi)燃機進行試驗，草案尚未對商用車

和船舶進行考量；同時，本草案在乘用車領(lǐng)域僅針對一款混動氫發(fā)動

機進行了研究，本部分需要后續(xù)進行補充完善。

2.2、標(biāo)準(zhǔn)制訂的主要內(nèi)容

本次標(biāo)準(zhǔn)制訂主要對內(nèi)燃機用氫燃料的要求、檢驗規(guī)則及試驗方

法等主要內(nèi)容進行制訂，在編制思路上引用并參考了“GB/T3634.1-

2006氫氣第1部分：工業(yè)氫”和“GB/T37244-2018質(zhì)子交換膜燃

料電池汽車用燃料氫氣”，并引用及參考國際標(biāo)準(zhǔn)“ISO14687-2019

Hydrogenfuelquality-Productspecification”中內(nèi)燃機用氫氣

的組分，對本團標(biāo)的技術(shù)要求進行編制。

三、主要試驗（或驗證）情況分析

本草案的標(biāo)準(zhǔn)制訂過程引用并參考了“ISO14687-2019Hydrogen

fuelquality-Productspecification”。如表1所示，該標(biāo)準(zhǔn)對氫

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氣進行了三類五級的劃分，其中TypeIGradeA的氫氣可作為交通

運輸中的內(nèi)燃機的燃料使用。表2則展示了標(biāo)準(zhǔn)中對于內(nèi)燃機用氫氣

的具體技術(shù)要求。

表1ISO14687-2019中對氫燃料的分類

TypeGradeCategoryApplications

IA-Gaseoushydrogen;internalcombustionenginesfor

Gastransportation;residential/commercialcombustion

appliances(e.g.boilers,cookersandsimilar

applications)

B-Gaseoushydrogen;industrialfuelforpowergeneration

andheatgenerationexceptPEMfuelcellapplications

C-Gaseoushydrogen;aircraftandspace-vehicleground

supportsystemsexceptPEMfuelcellapplications

Dab-Gaseoushydrogen;PEMfuelcellforroadvehicles

EPEMfuelcellsforstationaryappliances

1Hydrogen-basedfuel;highefficiency/lowpower

applications

2Hydrogen-basedfuel;highpowerapplications

3Gaseoushydrogen;highpower/highefficiency

applications

IIC-Aircraftandspace-vehicleon-boardpropulsionand

Liquidelectricalenergyrequirements;off-roadvehicles

Dab-PEMfuelcellsforroadvehicles

III--Aircraftandspace-vehicleon-boardpropulsion

Slush

aGradeDmaybeusedforotherfuelcellapplicationsfortransportationincluding

forkliftsandotherindustrialtrucksifagreeduponbetweensupplierandcustomer.

bGradeDmaybeusedforPEMfuelcellstationaryappliancesalternativetograde

Ecategory3.

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表2ISO14687-2019中對內(nèi)燃機（交通運輸層面）用氫燃料的技術(shù)要求

ConstituentsTypeI

(assay)GradeA

Hydrogenfuelindexa(minimummolefraction,%)98,0%

Para-hydrogen(minimummolefraction,%)NS

Impurities(maximumcontent)

Totalgases20000μmol/mol

Water(H2O)(molefraction,%)Non-condensingatallambient

conditionsb

Totalhydrocarbon100μmol/mol

Oxygen(O2)b

Argon(Ar)

Nitrogen(N2)

Carbonmonoxide(CO)1μmol/mol

Sulfur(S)2,0μmol/mol

Permanentparticulatesg

Key

NS:Notspecified

aThehydrogenfuelindexisdeterminedbysubtractingthe“totalnon-hydrogen

gases”expressedinmolepercent,from100molepercent.

bCombinedwater,oxygen,nitrogenandargon:maximummolefractionof1,9%

(19000)

gThehydrogenshallnotcontaindust,sand,dirt,gums,oilsorothersubstancesinan

amountsufficienttodamagethefuelingstationequipmentorthevehicle(engine)

beingfuelled.

針對不同品質(zhì)的氫氣燃料，利用臺架試驗或仿真分析的手段對關(guān)

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鍵工況點發(fā)動機功率指標(biāo)進行分析，對比驗證本標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容的

合理性和可行性。

3.1試驗情況

本試驗的具體方法為，先以現(xiàn)行的“GB/T37244-2018質(zhì)子交換

膜燃料電池汽車用燃料氫氣”中規(guī)定的氫氣作為燃料，氫混動發(fā)動

機（表3）作為研究載體，獲取當(dāng)前氫內(nèi)燃機的主要工況點的輸出扭

矩并繪制打點圖，包括1999rpm轉(zhuǎn)速處輸出功率（圖1），2250rpm轉(zhuǎn)

速處輸出功率（圖2）以及2501rpm轉(zhuǎn)速處輸出功率（圖3）。隨后，

取平均值并將其作為研究的比對基準(zhǔn)。

其中，1999rpm轉(zhuǎn)速處輸出功率平均值為19.92kW，2250rpm轉(zhuǎn)

速處輸出功率平均值為28.17kW，2501rpm轉(zhuǎn)速處輸出功率平均值為

37.57kW。

表3試驗用氫混動發(fā)動機的指標(biāo)

項目指標(biāo)

主要技術(shù)特征直列、四缸、渦輪增壓中冷

排量2.0L

壓縮比15:1

額定功率/轉(zhuǎn)速105Kw/5500rpm

燃燒室結(jié)構(gòu)屋脊式

點火方式火花塞點火

供氧方式缸內(nèi)直噴

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圖1基準(zhǔn)用氫燃料：試驗氫混動發(fā)動機1999rpm輸出功率打點圖

圖2基準(zhǔn)用氫燃料：試驗氫混動發(fā)動機2250rpm輸出功率打點圖

圖3基準(zhǔn)用氫燃料：試驗氫混動發(fā)動機2501rpm輸出功率打點圖

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隨后，采用表4作為試驗用氫氣的標(biāo)準(zhǔn)，對發(fā)動機主要工況點，

即轉(zhuǎn)速1999rpm處，2250rpm處及2501rpm處的發(fā)動機輸出功率進行

測試，收集3組數(shù)據(jù)并展開對比分析，若對比組的輸出功率與基準(zhǔn)組

的輸出功率偏差小于3%，則認為對比組使用的氫氣組分符合要求。數(shù)

據(jù)如表5所示。

表4試驗用訂制氫氣的指標(biāo)

項目名稱指標(biāo)

氫氣純度（摩爾分數(shù)）98.0%

非氫氣體總量20000μmol/mol

單類雜質(zhì)的最大濃度

總烴（按甲烷計）*100μmol/mol

氧（O2）、氬（Ar）、氮（N2）、水（H2O）19000μmol/mol

一氧化碳（CO）1μmol/mol

總硫（S）2μmol/mol

顆粒物無顆粒物

從表5可以看出，更換氫燃料后，氫混動發(fā)動機在工況點的功率

略有下降，但整體偏差小于3%（最大偏差為2.98%），符合要求。

表5氫混動內(nèi)燃機相同工況點不同燃料的功率對比

發(fā)動機轉(zhuǎn)速發(fā)動機功率(kW)

(rpm)基準(zhǔn)對比1對比2對比3

199919.9219.7119.4919.53

225028.1727.6127.4127.33

250137.5738.6237.2037.19

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通過研究結(jié)果，起草組得到如下結(jié)論：

1）通過研究可以看出，當(dāng)前的測試方法可以高效驗證氫氣的性

能，對于不同組分的氫氣的篩選能夠起到應(yīng)有的作用，實際結(jié)果反映

出當(dāng)前氫氣組分滿足氫混動發(fā)動機的輸出功率要求。

2）計劃后續(xù)在試制完成后的發(fā)動機上進行試驗，但是正向測試

工作量大，因此建議采用先明確組分，后進行驗證的方式來進行試驗，

且需要多方共同驗證，才能確保結(jié)果的適用性。

3.2檢驗規(guī)則及試驗方法

檢驗規(guī)則按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T6681,GB/T3634.1-2006,GB/T

3723及GB/T37244-2018的規(guī)定進行。

試驗方法參考現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T3634.2-2011,GB/T5832.2-2016,

GB/T6285-2016,GB/T8984-2008,GB/T15432-1995,GB/T37244-

2018及ASTMD7652的規(guī)定進行。

3.3試驗方法適用性及可操作性、數(shù)據(jù)有效性判定等內(nèi)容驗證

本標(biāo)準(zhǔn)中檢驗規(guī)則、試驗方法、驗證試驗方案與GB/T37244-2018

標(biāo)準(zhǔn)類似，且兩個標(biāo)準(zhǔn)均為氫氣的標(biāo)準(zhǔn)，故相關(guān)檢測要求可以參照使

用。且氫氣的技術(shù)要求經(jīng)過了實際驗證，與當(dāng)前使用的氫氣標(biāo)準(zhǔn)相比，

在輸出功率上的差別在可接受范圍內(nèi)，確保了本標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)內(nèi)容

的合理性和可行性。

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