近日，北汽首臺氫內燃機點火成功，向實現高效零碳發動機邁出了關鍵的一步。據悉，北汽研究總院與北京工業大學成立聯合工作小組，完成氫內燃機關鍵系統的仿真分析和設計開發工作。首臺氫內燃機在北汽完成試制、裝配后，雙方團隊在北工大試驗室共同開展燃燒開發工作。
圖源北汽集團
該氫內燃機基于榮獲“中國心”2021年度十佳發動機大獎的魔核1.5T發動機進一步優化而成，它主要采用了適應氫氣燃料的噴嘴及導軌、氫專用渦輪增壓器、氫專用機油、耐磨損耐氫的氣門與閥座等關鍵技術。在魔核發動機優異的性能基礎上進一步提升，熱效率目標達45%。
圖源北汽集團
2021年，北京汽車正式推出魔核動力平臺的1.5T發動機，并搭載于新一代自主產品——北京魔方上。行業首款量產搭載VGT增壓器技術，不僅讓魔核動力擁有138kW最大功率、305 N·m最大扭矩；更是同級別產品NVH性能“天花板”，其怠速噪聲僅為57.5dB；無懼-40℃海拉爾極寒與火焰山50℃酷暑，魔核動力擁有超過40000小時全場景測試，以超過行業最高的標準保障行業頂尖可靠性水平，為用戶提供安心愉悅的用車體驗。
在氫能動力領域，由北汽福田聯合清華大學和億華通公司研發完成的國內首款燃料電池客車平臺化產品已在2022北京冬奧會上完成服務保障工作，并首次形成國內具有自主知識產權的燃料電池客車產業鏈。該技術突破了大功率石墨板燃料電池發動機設計關鍵技術，石墨板電堆功率密度國內率先達到2.22kW/L；并首創了極寒環境冷啟動和綜合執管理技術，形成了8m-12m全系列燃料電池客車產品。
此次首臺氫內燃機成功點火，是北汽集團于今年6月發布“BLUE 衛藍計劃”后的一次重要成果落地。根據計劃，北汽集團將全力在2025年實現碳達峰，2050年實現產品全面脫碳、運營碳中和。
作為中國汽車產業版圖中的重要組成、首都工業經濟的重要支撐，北汽集團順應汽車“新四化”的發展趨勢，超前謀劃布局新能源汽車產業，積極開展智能互聯、大數據等前瞻技術研究和產業化探索，打造自主品牌核心競爭力，為建設科技強國、汽車強國貢獻力量。
內燃機示意圖，圖源視覺中國
氫內燃機的歷史可以追溯到1807年，當時瑞士人伊薩克·代·李瓦茨研發了第一款單缸氫氣內燃機。我國氫發動機的研究開始于20世紀80年代初，國內一些高校和科研單位對內燃機燃氫和燃氫雙燃料內燃機等進行了實驗研究。
2007年6月18日，我國自主研制的第一臺高效低排放氫內燃機在重慶長安汽車集團成功地實現點火。高效低排放氫內燃機是國家“863”計劃唯一立項的氫燃料重點項目，它的成功點火標志著我國氫內燃機研究技術已經獲得了突破性的進展，為氫內燃機的產業化奠定了基礎。
近年來，在國家利好政策的助力下，氫能產業尤其是氫燃料電池汽車產業得到了較快發展。與此同時，作為減碳技術路線的有效補充，被“冷落”多年的氫內燃機也開始受到行業的關注。
氫內燃機(hydrogen internal combustion engine)，也叫氫燃料發動機，以傳統內燃機為基礎，通過改變燃料供應系統、噴射系統以及燃料等，燃燒氫氣產生動力，從而驅動車輛的行駛。可以簡單的理解為燒氫氣的發動機，其基本原理與普通的汽油或者柴油內燃機的原理一樣，是基本的汽缸—活塞式的內燃機，同樣是按照吸氣——壓縮——做功——排氣4個沖程來完成化學能對機械能的轉化，只是氫內燃機里的燃料是氫氣。
氫內燃機工作原理，圖源氫能觀察
“氫能并不是燃料電池的專屬，上世紀50年代，內燃機領域就已開始將氫能作為燃料進行應用研究。”內燃機行業專家魏安力表示，氫內燃機與燃油車相似，只不過把燃料變成了氫氣，發動機與此前的汽油發動機、天然氣發動機有共通之處。
在魏安力看來，氫內燃機更具成本和推廣優勢。內燃機將氫作為燃料，一方面具有多種燃料適應性，可以使用純氫為燃料，也可以和甲醇摻燒，有效降低對石油依賴；另一方面，可以使內燃機資源得到最大化利用，延長生產裝備生命周期，氫內燃機保留了傳統內燃機的主要架構和系統，不需要重新構建產業鏈，其技術實現的難度和成本投入遠小于燃料電池。
2022年，在氫能產業熱度居高不下時，不少企業開始解鎖氫能的另一種應用形式——氫內燃機。
1、一汽集團
2021年4月，由中國一汽自主設計研發的首款紅旗2.0L氫能專用發動機在研發總院試制所順利下線交付，并于當月在北理工實現點火。該發動機基于中國一汽最先進的第三代汽油機產品平臺自主研發，發動機排量2升，目標熱效率大于42%。
2022年6月8日，由一汽解放自主設計研發的國內首款重型商用車缸內直噴氫氣發動機成功點火并穩定運行。本款氫氣發動機屬13L重型發動機，運轉功率超500馬力，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，可靈活轉化成氫氣、氨氣等凈零碳燃料產品。
2、濰柴動力
6月15日，在“騰飛吧！山東高端裝備制造”山東重工新科技成果展上，中國重汽·濰柴動力聯合發布全國首臺商業化氫內燃機重卡，該車為中國重汽全新一代黃河品牌高端重卡，搭載濰柴動力自主開發的13L氫內燃機，實現了有效熱效率41.8%。
3、廣汽集團
2021年9月，廣汽集團自主研發的首款氫氣發動機點火成功。該發動機基于廣汽第四代發動機平臺自主研發，廣汽集團擁有完全自主知識產權，采用了多種新技術，以確保發動機平穩運行，熱效率可達44%。
2022年6月28日，廣汽集團在 2022 廣汽科技日上發布了1.5L氫內燃機，該款1.5L氫燃料發動機首發亮相，采用了氫氣缸內直噴技術，最高熱效率達到44%，氫耗≤0.84kg/100km，已成功運轉超過12000小時，充分展現廣汽集團在氫能動力領域豐富的技術儲備。
4、玉柴集團
2020年，玉柴集團已經完成了50%熱效率內燃機的技術研發工作。
2021年12月，玉柴集團在北理工發布中國首臺商用車燃氫發動機YCK05。該燃氫發動機采用高壓多點進氣道噴射技術、高效低慣量渦輪增壓技術、氫氣專用SCR后處理、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進行全面優化升級，攻克了燃氫發動機易回火、易爆震等技術難題，熱效率達到42%，能廣泛應用于公交、市政、環衛、物流配送等場景。
2022年6月30日，玉柴YCK16H燃氫發動機在廣西玉林成功點火。該款發動機排量達15.93升，最大馬力達560馬力，是目前中國排量最大，馬力最大的燃氫發動機。玉柴YCK16H的點火成功，標志著玉柴在零碳能源動力系統賽道上又邁出了堅實一步。
5、上海新動力
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氣發動機在試驗認證部試驗基地點火成功，該款直噴式氫氣發動機排量12.8升，設計最大馬力480馬力，采用領先的缸內氫氣直噴技術，熱效率高達44%。
6、東風集團
9月26日，東風汽車集團以“科技強芯·零碳動力·協同共贏”為主題，在湖北武漢舉辦“龍擎-自主控制系統天然氣發動機&氫發動機點火儀式暨東風-中科院生態中心聯合實驗室揭牌儀式”活動。
根據介紹，技術優勢方面，龍擎 · 自主控制系統-氫發動機匹配高耐熱缸蓋、鋼活塞的基礎機，運用氫氣機理開發、燃燒室型線優化、低熱損燃燒技術、噴霧特性與燃燒機理開發的燃燒系統，同時具有自動控制策略、空氣系統、電控噴射系統、點火系統、后處理系統等眾多優勢。龍擎·自主控制系統氫發動機的成功點火預示著東風公司向碳中和邁進了一大步，為實現零碳動力提供了重要選擇，推動汽車行業盡早實現雙碳目標。
7、北汽集團
10月底，北汽首臺氫內燃機點火成功，向實現高效零碳發動機邁出了關鍵的一步。
在業內專家看來，作為氫能汽車的兩個發展方向，氫內燃機與氫燃料電池技術并不沖突，兩者在商用車領域均具有較為廣闊的發展前景，但同時也都面臨著成本高、配套設施短缺、缺乏完善頂層設計以及產業鏈薄弱等諸多挑戰。
目前來看，購置、運營乃至車輛全生命周期成本優化，是氫能商用車進入發展快車道的關鍵。但氫氣的儲存和運輸，制氫、注氫的安全問題，以及建設加氫站的高昂成本，都成為推廣氫燃料電池汽車和氫內燃機車的障礙。特別是對于氫燃料電池汽車來說，僅是電池和儲氫系統的成本就占到整車的六成以上。若電堆成本、加氫站和氫氣運輸成本無法降到合適的價格區間，就難以進行大規模推廣。
當前，在全球能源綠色化的大背景下，不同的動力路線擅長的領域和場景不盡相同，逐漸呈現出百花齊放的市場格局。氫內燃機作為能夠實現傳統化石能源替代的可行性技術路線，已經引起了眾多的關注。不過，目前業界還處于初步探索階段，未來前景如何還有待觀察，氫內燃機的商業化道路任重而道遠。
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