氫內燃機與氫燃料電池,誰更能代表未來?


來源 | 新浪汽車


初中化學課上我們就學過氫氣的性質,這個元素週期表中第一個元素,也是宇宙中最初始的原子。它與氧氣本身就可以發生燃燒,並釋放出大量的熱能和水,火箭發動機中液氫液氧發動機也是比衝最大的發動機。所以,氫氣用作汽車內燃機的燃料當然也是可行。


早在2007年,寶馬就推出了搭載V12氫燃料發動機的7系,但是續航和效能太低,百公里加速將近10秒!如此低的效能,讓氫燃料發動機在很長一段時間淡出了人們的視野,直到豐田和現代汽車推出了氫燃料電池的電動車,氫能源才又獲得高度的關注。氫燃料電池通過氫氣與氧氣的電子轉換來生產電能,電能再帶動電機驅動車輪,從而大大提高了氫能源的利用效率。


豐田氫燃料發動機卡羅拉賽車

到目前,氫燃料電池技術已經發展了10年左右的時間,而如今豐田又推出了一款燃燒氫氣的發動機,並搭載在賽車上,看來豐田已經解決了直接燃燒氫氣的低效率。那麼問題來了,氫能源的兩種發展路線:氫燃料電池、氫燃料發動機,到底哪種才能代表未來呢?一種是能給你電動車一樣的駕駛感受,一種是能給你傳統燃油車一樣的駕駛感受。其實,我們不妨大膽猜想一下,沒準未來會推出氫燃料發動機+氫燃料電池組成的“氫氫”混動系統。



BMW Hydrogen 7

寶馬是世界上第一家推出氫動力汽車的汽車製造商,已成功完成了系列開發過程。Hydrogen 7 採用191千瓦/260馬力的6.0L V12發動機,最大功率191 kW,最大扭矩390N·m,在9.5秒內從0-100公里/小時,最高車速電子限制在230公里/小時。如果保證不了氫氣的充分供應,這臺V12發動機可以快速切換到傳統汽油工作模式。


BMW Hydrogen 7

寶馬早在1978年就開始對氫動力裝置進行研究,並在未來幾年不斷開發和升級這項技術,開發出幾代氫動力汽車。2000年,寶馬成為世界上第一家在德國漢諾威2000年世博會上展示氫動力汽車示範車隊的汽車製造商。與此同時,寶馬750hL氫動力車已在實際測試條件下證明了其優點。


BMW H2R Hydrogen


BMW H2R Hydrogen

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BMW H2R Hydrogen

2000年,世界上第一個公共氫氣加註站在慕尼黑機場啟用。2004年搭載氫燃料發動機的概念賽車釋出,也是搭載6.0L V12發動機,但最大功率為210kW,帶動1.5噸的車身,最高時速可達300.175 km/h。

雖然賽車的效能表現還行,但是移植到7繫上,很顯然這臺6.0L V12的大怪獸,採用氫氣氧氣燃燒的方式做功,效率真是太低了。200公里的續航里程讓其實用性大打折扣,而且根本談不上什麼駕駛激情。對於寶馬來說,V12發動機百公里加速9.5秒,這簡直就是個笑話。但是,在氫能源的碳探索上,寶馬並沒有停止腳步,而是換了一個方式—— i Hydrogen Next


BMW i Hydrogen Next

2019年,寶馬釋出了氫燃料電池技術的 i Hydrogen Next 將一臺X5車型改裝成氫燃料電池,可容納兩個700巴氫氣罐,能夠容納6千克氫氣。氫燃料電池系統產生約125kW的發電功率,電機輸出功率為275kW。

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BMW i Hydrogen Next


BMW i Hydrogen Next 發電堆

寶馬終於放棄了氫燃料發動機轉型氫燃料電池,這也是目前氫能源利用率最高的技術,同時也被豐田、現代以及許多大廠共同研發的目標。目前,國內氫能源技術企業蓬勃發展,在最關鍵的儲氫罐、減壓閥、電堆等技術上,都已經發展的相當成熟。

氫燃料電池的好處顯而易見,補能快,僅需3分鐘就能加滿氫氣,續航里程與燃油車相同,駕駛感受與純電動車相同,排放只有水。


豐田 Mirai 氫燃料電池車



豐田 Mirai 創造吉尼斯世界紀錄

2021年8月23-24日,豐田 Mirai 在南加州的一次往返旅行中,消耗了5.65公斤氫氣,總里程達到了845.3英里(1360公里),並創造了新的吉尼斯世界紀錄。這是EPA續航里程402英里的兩倍還多。另一項由氫燃料電池汽車創造的記錄,是2019年現代NEXO創造的,續航里程為778公里。


既然氫燃料電池這麼好開好用,應該沒什麼新玩法了吧。但是腦洞大開的豐田卻又讓“氫能源”倒回20年,再一次推出了燃燒氫氣的發動機卡羅拉氫燃料賽車。豐田尚未宣佈氫燃燒技術是否有望在短期內進入消費領域,但在賽車上應用可看做是一次驗證和嘗試。而對於那些熱衷傳統內燃機汽車的人來說,豐田的這款氫燃料發動機與汽油發動機擁有相同的駕駛感受、效能以及渾厚的排氣聲浪,而排放僅有水和非常少量的氮氧化物。

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豐田卡羅拉氫燃料賽車


豐田卡羅拉氫燃料賽車


豐田卡羅拉氫燃料賽車

豐田卡羅拉氫燃料賽車這臺氫燃料發動機搭載了DENSO噴氣嘴,將氫氣通過高壓方式噴到氣缸中,並通過電腦控制點火角來控制燃燒室內的溫度。另一個亮點,豐田卡羅拉氫燃料賽車搭載了四個儲氫罐,能裝180L的氫氣。


從氫燃料發動機到氫燃料電池再到氫燃料發動機,有句話說的挺好,30年河東,30年河西,但氫能源的利用方式隨著技術的發展只用了20年就開始向兩個方向快速發展。未來,我們不僅僅能享受氫燃料電池帶來的“寧靜猛獸”,也能享受到氫內燃機帶來更澎湃的駕駛激情。但就目前量產車來看,氫燃料電池技術發展的更迅速,同時氫能源的化學能到電能到機械能的轉換(無大量的熱損失),相比氫內燃機化學能到機械能的能量轉換效率更高,而且省去了內燃機中的機油潤滑系統和散熱系統。也許未來的氫內燃機,只會成為有錢人的大玩具。

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