張少華 陳 剛 姚哲皓

(東風商用車有限公司，十堰 442001)

0 前言

為了應對氣候環(huán)境挑戰(zhàn)，減少化石能源消耗，降低溫室氣體排放，全球汽車行業(yè)正加速向電動化轉型。

2022年6月29日，歐 盟 批 準 了2035年禁售燃油車的計劃。歐盟27國環(huán)境部長在經過長時間磋商、討論之后，最終決定：到 2035 年在歐盟境內禁售燃油車。

盡管27個歐盟國家達成一致批準2035年停售燃油車計劃，但其接受了德國政府的例外請求，即允許銷售“二氧化碳中和”燃料的零碳排放內燃機汽車。此外，歐盟將在2026年評估是否給使用合成燃料(e-fuel)的汽車或油電混合動力車“開綠燈”。歐盟禁售燃油車決定，或將加速BEV、FCEV、零碳排放內燃機的應用和發(fā)展。

零碳排放內燃機作為脫碳方案，正成為BEV、FCEV之外的達成汽車行業(yè)碳中和目標的第3條重要技術途徑，值得關注。

1 零碳技術賦予內燃機新的生命力

已經誕生了一個多世紀的內燃機，長期以來，因其有害氣體排放而受到詬病。在全球碳中和背景下，傳統(tǒng)內燃機正面臨著被淘汰的危險。內燃機只有另辟蹊徑，改用清潔燃料，才能煥然新生。如果內燃機改用氫氣，其燃燒產物幾乎只有水，不產生二氧化碳，實現了零排放，就完全符合綠色環(huán)保的現代理念。

不同于燃油內燃機，氫內燃機的研發(fā)人員面臨著一些新情況。比如，氫內燃機氣缸中的混合氣體，很容易因溫度過高而提前點燃，甚至在進氣門還沒關閉之前就被點燃，導致出現回火、爆燃；由于氫內燃機的溫度更高，NO的排放比傳統(tǒng)內燃機更加突出等。

不過，通過研發(fā)人員的努力，采用更加智能的控制系統(tǒng)、高效的空氣管理系統(tǒng)、可靠的噴射系統(tǒng)技術以及先進的廢氣再循環(huán)技術，實現了細分技術領域的新突破，較好地應對了氫氣點火能量低、燃燒極限寬、燃燒速度快、燃燒溫度高以及火花塞電極過熱，幾乎完美解決了氫內燃機早燃、回火、爆震和NO排放高等技術難題。

不同于氫燃料電池對氫氣品質要求較高，氫內燃機可直接使用工業(yè)副產氫。具有多種燃料適應性，可摻燒氨、甲醇、天然氣等燃料，降低石油對外依賴度。而且，氫內燃機可采用更高壓縮比，實現高循環(huán)熱效率，達到良好的燃料經濟性。

氫內燃機還可利用原有的強大工業(yè)體系和成熟產業(yè)鏈，具有極佳的生產成本優(yōu)勢，既能縮短相關產品的開發(fā)時間，又能加快其商業(yè)化進程。

此外，發(fā)展氫內燃機，可作為氫燃料電池的良好補充，助推氫能產業(yè)整體發(fā)展，通過規(guī)模效應共同攤薄加氫基礎設施成本。

2 廠家競相研發(fā)零碳排放內燃機

氫內燃機，堪稱企業(yè)研發(fā)零碳排放內燃機的最佳代表作之一，作為氫能動力解決方案的一個良好補充手段，愈來愈受到國內外汽車行業(yè)的重視。由于氫內燃機具有低成本、零碳排放、燃料效率高及燃料適應性廣等特點，正受到空前關注，熱度不斷上升。

2020年10月，曼恩在發(fā)布的未來的電動化戰(zhàn)略中表示，除了開發(fā)和制造電池驅動的商用車外，還將優(yōu)先考慮氫能動力，除氫燃料電池之外還包括氫內燃機。

2021年2月，斯堪尼亞宣布放棄氫燃料電池用于重卡，轉而與加拿大西港燃料系統(tǒng)合作開發(fā)基于HPDI技術的氫內燃機，直接用氫氣替代柴油。與此同時，達夫宣布在新一代車型基礎之上開發(fā)氫內燃機卡車，并展示了達夫XF樣車，搭載佩卡 MX-13發(fā)動機改裝的氫內燃機。道依茨則透露，其TCG 7.8 H氫內燃機(非道路，200 kW)已經通過了初步測試，預計2024年上市。

2021年7月13日，康明斯宣布已開始氫內燃機開發(fā)的前瞻測試，旨在進一步探索先進零碳技術發(fā)展的新路徑。9月23日，康明斯公司宣布，開始開發(fā)中型6.7 L和重型15 L氫內燃機。2022年5月9日，在加利福尼亞舉辦的ACT Expo展會上，康明斯展示了其最新的15 L氫內燃機。該發(fā)動機基于康明斯最新的適用于多種燃料的發(fā)動機平臺，該平臺的發(fā)動機氣缸墊下方的大部分零部件結構相似，而氣缸墊上方則根據不同燃料的類型，采用不同的零部件組合。作為康明斯推進零碳目標戰(zhàn)略的重要組成部分，該發(fā)動機可使用清潔、零碳的氫氣作為燃料，助力客戶加速溫室氣體減排。2022年6月，康明斯宣布加入氫能發(fā)動機聯盟，氫能發(fā)動機聯盟于2022年1月成立，成員包括康明斯、博世、戴姆勒卡車和卡爾斯魯厄理工學院等汽車公司、行業(yè)供應商和學術機構。

2022年7月8日，日 本 豐 田 汽車、日野汽車、五十鈴汽車、電裝公司(DENSO)、商業(yè)合作技術公司(CJPT)五家企業(yè)發(fā)布消息稱，已經啟動了有關大型商用汽車的氫內燃機企劃項目及基礎研究。

近段時間以來，中國企業(yè)在零碳排放內燃機方面的諸多研發(fā)成果，也閃亮登場。2021年12月21日，玉柴YCK05氫內燃機在北京理工大學成功點火。采用高壓多點進氣道噴射技術、高效低慣量渦輪增壓技術、高效稀薄燃燒技術等多項先進的專項技術，并對整機結構、燃燒和配氣等子系統(tǒng)進行了全面優(yōu)化升級，攻克了氫內燃機易回火、易爆震等技術難題，能廣泛應用于公交、市政、環(huán)衛(wèi)、物流配送等場景。

2022年6月8日，由一汽解放自主設計研發(fā)的國內首款重型商用車缸內直噴氫內燃機成功點火并穩(wěn)定運行。運轉功率超500 PS，指示熱效率突破55%，相關產品具備氫氣單燃料缸內直噴、氫氣單燃料缸內和氣道混合噴射、氨氣和氫氣雙燃料噴射能力。6 月15日上午，在山東重工新科技成果展上，中國重汽和濰柴動力聯合發(fā)布全國首臺商業(yè)化氫內燃機重卡，該車搭載濰柴動力自主開發(fā)的13 L氫內燃機，實現了有效熱效率 41.8%。

2022年6月30日，玉 柴15.93 L 560 PS YCK16H氫內燃機在廣西玉林成功點火，采用先進的燃料高壓共軌、高壓缸內直噴技術和雙流道增壓技術，可按需求在缸內實現均質燃燒或者分層燃燒。對燃料純度適應性高，可適配灰氫、綠氫、甲醇在線制氫等多種途徑制備的燃料。

2022年7月1日，上海新動力汽車科技股份有限公司首臺直噴式氫內燃機在試驗認證部試驗基地點火成功。該款直噴式氫內燃機排量12.8 L，設計最大馬力480 PS，采用缸內氫氣直噴技術，熱效率高達44%。

毫無疑問，世界各地如火如荼的氫內燃機研發(fā)，勢必將為相關車型的后續(xù)產品化、商業(yè)化奠定雄厚的技術基礎，并將為全球碳中和做出卓越貢獻。

3 結語

為了應對和扭轉地球氣候變化負面趨勢，全球碳中和目標給傳統(tǒng)內燃機帶來了日益緊迫的減排壓力，汽車行業(yè)加速向電動化轉型。

但是，在這一空前變革的過程中，內燃機并不是夕陽產業(yè)、明日黃花，而依然具有強大生命力——零碳排放技術使得它老驥伏櫪、堪能大用，有望煥發(fā)青春、繼續(xù)蓬勃發(fā)展。它將與BEV、FCEV一道，有效達成汽車行業(yè)脫碳。

在國內外車企競相研發(fā)和發(fā)布零碳排放內燃機產品的背景下，氫氣等碳中和燃料內燃機車型的規(guī)劃、試驗和投產、應用，無疑將加快。隨著各大企業(yè)零碳排放內燃機的成功點火和研發(fā)投放，一個嶄新的內燃機時代必將到來。有理由相信，未來，高效、清潔、零碳的內燃機也將在我國交通運輸領域發(fā)揮更加重要的角色，在能源安全、節(jié)能減排、實現雙碳目標、保障國民經濟高質量發(fā)展方面開啟新的篇章。