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氢内燃机该如何努力以待“翻红”？

    近期，氢内燃机被全国两会人大代表所提及，其商业化前景可能重新受到企业审视。
氢内燃机最早的研究可以追溯到20世纪30年代末，自20世纪70年代以来，氢内燃机逐步在汽车工业中得到重视。其中，宝马先后推出首款液氢-燃油双燃料汽车和世界第一款供日常使用的氢动力豪华高性能轿车BMW氢能7系，但此后，相关项目却被搁置。

    而在今年的全国两会中，氢内燃机重新被两位人大代表提及。一汽解放大连柴油机有限公司装配车间、高级技师、首席技能大师鹿新弟呼吁，应将氢内燃机纳入新能源汽车产业发展规划，支持氢内燃机产业化推广。
同时，玉柴股份电气技术高级技师李海桦建议，国家能够立足于燃氢内燃机动力装备多领域示范、氢能动力系统测试验证等应用场景，指导国内企业开展分布式、模块化的高效灵活制氢关键技术研究与示范项目，加快燃氢内燃机动力在国内的推广应用。

     氢内燃机凭借造价低、氢气纯度要求低等优势，早在去年就呈现出日渐火热的趋势，业内多家领先企业推出了氢内燃机产品


    可见，氢内燃机作为能够实现传统化石能源替代的可行性技术路线，已经引起了决策层、企业端以及应用端的重视。

    开发重点较早期更明确，尚需努力迈过“卡脖子”

环节

    氢内燃机的发展经历了21世纪初的“初露头角”，和近几年的“热潮再现”，在技术上已经取得了一定进步，相较开发早期技术局限的情况，目前氢内燃机的开发重点更为明确。
    据业内人士介绍，现下氢内燃机的研发与设计重点在于喷氢器、曲轴箱通风、氢气发动机专用后处理系统、高效增压系统、专用润滑油等，此外由于氢气燃烧速度块，燃烧爆压较高，发动机机械负荷大，强度设计是开发重点之一。

    国内氢内燃机在开发过程中需重点关注性能、燃烧、NOx排放、氢脆等。具体如下——
    性能：需进一步提高氢内燃机性能，包括升功率和升扭矩；
    燃烧：消除过早点火、回火、自燃等异常燃烧问题，提高燃烧效率；
    NOx排放：致力于实现全工况低NOx排放运行，最终实现零排放；

    氢脆：发动机长期处于高温、高压状态下工作增加了氢脆风险，需提高关键部件的抗氢脆性能。

    氢气具有较高辛烷值，且点火能量极低，能够结合超高压缩比及超稀薄燃烧模式，在燃烧热效率方面显著优于传统汽油燃料，综合来讲，热效率相比于同等指标水平的汽油机可提升2-3个百分点。

    其中，氢内燃机性能和热效率的提升均有赖于缸内直喷技术。相比于进气道喷射，直喷氢内燃机可以在进气门关闭后再喷射，避免氢气回流进入进气道导致回火。在相同工况下，直喷氢内燃机可以采用更稀薄的燃烧方式，从而降低了泵气损失，提升热效率。此外，由于氢气不再占据气缸容积，且氢气的热值比汽油大，所以，同样排量下缸内直喷氢内燃机的功率比汽油机增加20%以上。

    然而，缸内喷射式氢内燃机的喷射压力较高，且喷嘴直接置于高温高压的气缸内，使得喷射系统复杂、部件可靠性问题突出。

    值得关注的是，氢气喷嘴是制约氢内燃机各项性能提升的关键，高耐久性、密封性、大流量喷嘴设计开发是下一阶段氢内燃机走向技术应用的卡脖子环节。

    一位业内人士表示，未来氢内燃机在降本的同时要保证电磁驱动特性与传统汽油机兼容，可采用涂层技术进一步改善阀体耐久性。在当下氢内燃机开发重点较早期更为明确的情况下，产业各环节应专注氢内燃机的技术研发投入，共同努力以待“翻红”。

    氢内燃机商业化之路已开启，重型车辆领域有

    望成为突破口

    近年来，欧洲、美国、日本等均积极开展氢内燃机的商业化研究。欧洲成立了氢内燃机联盟，推进氢内燃机在卡车、船舶、重型车辆等领域的开发；美国、日本也已开展重型商用车氢内燃机的研究。例如，美国西南研究所于2022年11月宣布重型氢内燃机卡车计划；2022年7月，五十铃汽车、电装公司、丰田、日野汽车和日本商业伙伴技术公司（CJPT）共同开始了重型商用车氢发动机的基础研究；宝马集团亦于2022年9月宣布重拾氢内燃机项目，牵头在德国研发18吨和40吨氢能内燃机重卡。

    2022年6月，中国重汽与潍柴联合发布了我国首台商业化氢内燃机重卡，正式开启了国内氢内燃机重卡的商业化之路。

    重型车辆对于能源和动力方面要求较高，氢内燃机在此领域具备一定发展潜力。



    图源：势银（TrendBank）

    纯电重卡和燃料电池重卡由于电池质量和体积大，电池电气化具有挑战性，导致有效载荷容量降低，车辆成本增加，以及由于充电时间长而降低效用；氢内燃机因此被认为是重型车辆的一种可行的解决方案。
一位业内人士对于上述观点发表了个人看法：首先，由于当前储氢方式仍以高压气态储氢为主，储氢瓶占用空间较大，且轮廓形状不能做到不规则化，传统乘用车中不易对储氢系统进行布置，而商用车对储氢系统空间的耐受度较高，满足了长续航氢内燃机车载应用的首要条件。其次，交通领域碳排放总量中，城际长途运输占有相当大比例，且几乎98%均为柴油动力系统，氢内燃机对传统柴油机的替代在降低交通领域碳排放方面具有极大优势。

    同时，他认为除了在重型车辆领域，由于氢内燃机高可靠性的优势，在小型航空器上具备应用价值，并在工作条件恶劣的矿山机械中具有一定的前景。
基础设施是重中之重，应摒弃内燃机高碳排放固有印象

    氢能基础设施建设同样是制约氢内燃机商用化发展进程的另一重要因素。

    业内人士认为，基础设施是重中之重，持续与便捷的燃料供应是支撑氢发动机大规模市场化的首要条件。

    其呼吁在政策端要摒弃内燃机高碳排放的观点，并表示内燃机只是实现热功转化的工具，真正碳排来源于燃料本身，并不是内燃机。应认可内燃机在氢能利用环节所体现出的优势与作用，平等碳排放权益。应将氢内燃机与氢燃料电池支持政策保持相同，纳入氢能发展战略，才有助于推动氢内燃机的商业化发展进程。

    现阶段，国内氢内燃机的技术发展较早期虽获得了一定程度的突破，不过在相关标准法规以及针对性支持政策仍面临缺位，示范应用工程也尚未落地。尽管氢内燃机在重型领域的商业化之路已逐步开启，但未来的发展还有很长一条路要走。

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