内燃机穷途末路?丰田开发0排放发动机

  [爱卡汽车  原创]

  今年上海车展的主题叫 “拥抱变化”,纯电动车成为本届车展最大亮点,极氪001、EQS、iX、(|)等纯电动车热度空前高涨,而往届车展备受关注的高性能燃油车却成了难兄难弟,排放法规日趋严格,8缸与6缸或成绝唱,甚至连4缸车也无暇自顾赶紧往3缸路线靠拢,这让人不禁为内燃机的命运感到担忧。

  由于发动机产生尾气排放,因此被贴上高污染标签,尾气排放物与发动机本身无关而是由它使用的燃料性质决定。如果内燃机使用清洁燃料,它也可以摇身一变成为清洁动力,因此发动机工程师一直在努力寻找一种能代替石油的燃料,业内将石油以外的能源叫代用燃料。

  了解过新能源技术,应该知道新能源理想方向不是电池电动车(BEV),而是燃料电池电动车(FCEV),燃料电池发电所需的能源就是氢气。不要认为氢气只能给燃料电池电动车用,事实上发动机也可以通过燃烧氢气产生动力,因此工程师们纷纷将目光投向了氢燃料。

  4月22日,宣布正在开发氢燃料发动机,官方选择1.6L 3缸涡轮增发动机作为测试机型,丰田期望通过此技术减少碳排放实现碳中和愿景,并与氢燃料电池一同推动氢燃料普及。为什么丰田选在这个时间点研发氢燃料发动机,这项技术一旦实现量产,会给行业带来哪些变化?

  氢燃料燃烧速度更快,使用氢燃料的发动机动力响应要好过汽油机,而且发动机运转声和振动这些特征仍能得以保留,氢燃料可以说是车迷的福音。这里产生一个疑问,既然氢燃料发动机这么好,为什么没有早推广这项技术,这项技术要实现量产又有哪些难题?

  氢燃料发动机技术探索并不晚,2003年发布了RX-8 Hydrogen RE概念车,氢燃料发动机成为行业关注的焦点,2004年这款车开始进行道路测试,可见马自达对这项技术充满期待。

  重新设计的转子发动机可使用高压氢气和汽油作为燃料,驾驶者可以随时切换燃料类型。由于测试车高压储氢罐(110L / 35MPa)容量有限,使用氢燃料时续航里程只有100公里。切换成汽油驱动模式后,发动机最大功率154kW(210马力),峰值扭矩222Nm,续航里程549公里(油箱容积61L)。

  氢气体积密不如汽油高,高压储氢罐体积非常庞大,而发动机烧氢气效率也不如氢燃料电池电动车高,但马自达认为汽油发动机与氢燃料发动机可以共用大部分零件,相比氢燃料电池电动车成本优势更显著。

  宝马2005年也推出7系氢燃料概念车,该车搭载6.0L V12 双燃料发动机,相比马自达的转子技术,宝马的方案更有具代表性。宝马氢燃料发动机技术信息非常多,借助官方资料可以了解氢燃料发动机的特点。

  氢气窜入曲轴箱会产生很多麻烦,因此得重新设计活塞环增加密封性能。气态燃料不具备润滑作用,气门座也得使用更耐磨的合金材料。

  降压缩比也没法完全抑制爆震,宝马的方法是采用延迟点火控制策略,但延迟点火会导致排气温度过高,因此进排气门需要使用耐高温的镍合金材料。

  7系双燃料版使用98号汽油时,百公里油耗13.9L,每公里二氧化碳排放量为332g,而采用氢燃料驱动时,每公里二氧化碳排放量仅为5.2g,减排效果非常明显。

  氢燃料发动机几乎不排放二氧化碳,但仍会产生氮氧化合物,不过氢气可以在稀薄环境下点燃,所以能使用高空燃比降低氮氧化合物排放。总而言之,氢燃料发动机排放接近于理想水平,使用氢燃料的确可以让发动机摆脱排放法规束缚。

  商用车是汽车尾气排放大户,但现在的电池技术很难满足商用车需求,随着各国对碳排放限制加码,商用车一定会成为打压对象,氢燃料将成为商用车减排的理想方案,推动商用车减排,会提高氢燃料普及速度。

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