●石油危機為氫內燃機帶來了第一次轉機
氫內燃機發展的第一次轉機出現在20世紀80年代,連續的兩次石油危機造成了油價的暴漲,車企們紛紛開始尋找能替代石油的新的能源方案,可再生的氫能便是當時被看好的解決途徑之一,主要的使用方式則有氫內燃機和氫燃料電池兩種。
憑借系統成本低、無需復雜的能量轉換、對氫氣純度要求低、使用壽命長的優勢,氫內燃機在80年代迎來了一波大發展,寶馬、日產、馬自達、福特等車企,也都在這一時段都推出過氫內燃機的驗證車型。
首先,內燃機中的氫氣在燃燒時雖然不會產生CO/CO2,但會有少量NOx污染物的排放。工程師們為了抑制NOx的形成,通常會為氫氣提供兩倍于完全燃燒所需的空氣量,但這么做的后果就是讓氫內燃機的功率降低到同排量汽油機的一半左右,往往需要通過渦輪增壓或者機械增壓來為氫內燃機提高動力。
而如果這種“早燃”現象再提前些,在進氣門未關閉時,缸內混合氣體就被熱點引燃,甚至將火焰傳播到進氣管內,還會產生“回火”,輕則破壞供氫系統,重則直接引發爆炸。這也讓氫內燃機的安全性存在不足。
從以上的問題可以看出,雖然氫內燃機與汽油機在原理和結構上區別不大,但想要造出一臺性能優異、安全可靠的氫內燃機仍舊需要克服一系列的難題。以寶馬等車企攻堅氫內燃機那個年代的材料、控制和工藝技術,仍舊意味著巨大的開發難度和成本。在完成了一輪測試后,車企們便紛紛將開發重點轉向同樣很難但潛力更大、效率更高的氫燃料電池方向,這也使氫內燃機的發展進入了“第二次冰河期”。
●是什么讓氫內燃機再次“起死回生”
以柴油為主要動力的商用車領域是目前對碳減排需求最為迫切的汽車市場。比如我國的商用車保有量僅有10.9%,卻產生了占比56%的碳排放,對新能源的需求也就最為迫切。但商用車高負載的工況對電驅動系統并不友好,而轉型氫燃料電池的高成本又很難讓它快速普及,此時氫內燃機再一次成為了關注的焦點。
而乘用車方面,由于純電動、氫燃料電池、混動的選項較多,對氫內燃機的需求并不那么迫切。目前國內長城、廣汽、一汽、長安等車企都在進行相應的技術儲備,根據相關報道,廣汽自研的氫內燃機在熱效率方面已經能達到44%,已經接近頂尖民用汽油機的熱效率了。
又一次“起死回生”的氫內燃機,已經能依靠現有技術來克服早燃、回火等問題,性能上的劣勢也在被逐漸抹平,而它的地位也從挑戰燃油車的一種更經濟的能源,有望成為內燃機產業鏈的救命稻草,在零碳排時代替代傳統汽油機的位置,將那響亮的排氣聲浪傳承下去。
●氫內燃機的未來會“美好”下去嗎?
哪怕以氫內燃機平均熱效率40%、氫燃料電池平均熱效率60%來進行計算,氫燃料電池的效率也能達到氫內燃機的1.5倍,再加上氫燃料電池可以使用電機自帶的制動能量回饋功能,實際氫耗將會低得多,這讓氫內燃機在使用成本上很難匹敵氫燃料電池車。而一旦未來氫燃料電池通過規;瘜⒊杀窘档偷絻热紮C的水平,氫內燃機在氫燃料電池面前真就再無優勢可言了。
所以,綜合來看,氫內燃機的機遇就在氫燃料電池成本較高的階段,在大功率或重載條件下承擔相應的動力輸出任務,比較適合在商用車領域完成對柴油機的替代。此外,對能耗不那么敏感、對功率密度要求嚴苛、又對排氣聲浪無比在意的賽車場,也許會是接下來安放氫內燃機的最佳場景。
總結:
對于汽車愛好者來說,內燃機的聲浪早已刻入了DNA中,但在環保的壓力下,這些燒油的精密機械正在被只會發出嗡嗡聲的電機逐漸取代,讓一眾情懷黨黯然神傷,再次挺身而出的氫內燃機似乎成了內燃機家族唯一的希望。但理性的來看,在氫內燃機完成好向氫燃料電池的過渡后,較低的效率水平很難讓它贏得多數人的青睞;蛟S像《高智能方程式賽車》中的那樣,賽車場才是屬于未來氫內燃機的一片天地。(文/汽車之家 孫一超)
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