氫能發(fā)動(dòng)機(jī)目前的應(yīng)用方式主要有燃料電池和氫內(nèi)燃機(jī)兩種。燃料電池具有效率高、零排放的優(yōu)點(diǎn)，但其技術(shù)難度大、成本高，對(duì)配套體系建設(shè)依賴強(qiáng)。而氫內(nèi)燃機(jī)保留了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的主要結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)，可以利用工業(yè)副產(chǎn)氫氣，通過優(yōu)化燃燒系統(tǒng)及增壓系統(tǒng)有望達(dá)到與燃料電池相近的熱效率，并具有低成本的顯著優(yōu)勢(shì)。因此，氫內(nèi)燃機(jī)是推動(dòng)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)各種應(yīng)用領(lǐng)域升級(jí)轉(zhuǎn)型、助力碳達(dá)峰和碳中和的重要技術(shù)方向。

此前，以康明斯、濰柴等為代表的傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)企業(yè)紛紛發(fā)布了氫內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品，作為內(nèi)燃機(jī)的另一主要研發(fā)單位，開始放出氫內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品信息的車企也日漸增加，吉利、福特等近日也透露了氫內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)度情況。

吉利宣布熱效率44%的氫內(nèi)燃機(jī)

日前，吉利汽車集團(tuán)動(dòng)力研究院首次將吉利最新的氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的研究成果對(duì)外公開。由吉利自主研發(fā)的高效氫氣專用發(fā)動(dòng)機(jī)取得重大突破，有效熱效率實(shí)測(cè)達(dá)到44%，創(chuàng)行業(yè)最高紀(jì)錄。氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)高效燃燒技術(shù)的研究是氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)未來走向市場(chǎng)化的第一競(jìng)爭(zhēng)力，可以有效拉動(dòng)國(guó)內(nèi)內(nèi)燃機(jī)行業(yè)零碳化的進(jìn)步與發(fā)展。

圖表1 吉利氫內(nèi)燃機(jī)數(shù)模示意圖

來源：吉利汽車

吉利汽車集團(tuán)動(dòng)力研究院新技術(shù)開發(fā)部很早就開始策劃氫氣內(nèi)燃機(jī)的自主開發(fā)，成立專業(yè)小組研究氫氣內(nèi)燃機(jī)開發(fā)的關(guān)鍵核心技術(shù)理論，并結(jié)合高效燃燒研究的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)攻克回火難題、早燃爆震難題、機(jī)油乳化難題、增壓器焓值不足難題，通過氫氣噴嘴單體仿真和試驗(yàn)測(cè)試，為氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)提供依據(jù)。目前吉利氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)的峰值有效熱效率已提升至超44%水平，創(chuàng)造了國(guó)內(nèi)氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率的最高紀(jì)錄。

圖表2 吉利在論壇上宣講氫內(nèi)燃機(jī)進(jìn)展

來源：吉利汽車

吉利汽車集團(tuán)動(dòng)力研究院表示，接下來將致力于研發(fā)更高效率的氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)兼顧高動(dòng)力性和低排放；致力于將高效氫內(nèi)燃機(jī)推向市場(chǎng)應(yīng)用，助力汽車行業(yè)出行端早日實(shí)現(xiàn)碳中和。

福特申報(bào)氫內(nèi)燃機(jī)專利

本月早些時(shí)候，福特宣布將其業(yè)務(wù)拆分為兩個(gè)獨(dú)立的部門。Model E 將負(fù)責(zé)未來的全電動(dòng)汽車，目前有許多全新的電動(dòng)汽車正在開發(fā)中。反過來，Blue 部門將研究燃燒模型，從最近的一項(xiàng)專利來看，它似乎正在研究一個(gè)非常有趣的項(xiàng)目。 

近期，福特公司向美國(guó)專利商標(biāo)局提交了一項(xiàng)氫燃料內(nèi)燃機(jī)的專利申請(qǐng)。典型的氫動(dòng)力汽車使用類似于電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)，其中以氫的形式存儲(chǔ)的能量并通過燃料電池轉(zhuǎn)化為電能。然而，福特的新專利是針對(duì)以氫為燃料的渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)。

圖表3 福特氫內(nèi)燃機(jī)專利申報(bào)圖

來源：福特汽車

至少從圖紙上看，福特的氫內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)該能夠在廣泛的空氣/燃料 lambda 值范圍內(nèi)運(yùn)行。就像在標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)中一樣，廢氣再循環(huán) (EGR) 和氣門正時(shí)將用于控制燃燒過程。根據(jù)現(xiàn)有信息，發(fā)動(dòng)機(jī)的 lambda 值將能夠超過 2.00，這意味著空氣/燃料混合物至少為 68 份空氣和 1 份氫氣。作為比較，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)可以在 0.54 lambda 和 1.25 lambda 之間變化。

該專利還包括用于向氣缸輸送直接噴射的氫氣，理論上，通過直接噴射提供氫氣可以比同等汽油發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生高15% 的功率。在福特的專利中，氫內(nèi)燃機(jī)也被視為混合動(dòng)力系統(tǒng)的一部分，在發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器之間安裝了一個(gè)電動(dòng)發(fā)電機(jī)。