[汽車之家 新能源] 油價又漲到8塊多錢了!燃油車車主的錢包不得不再一次經(jīng)歷瘦身。這也讓越來越多的消費者在購車時,把目光投向了使用成本更低的電動車。與此同時,利空燃油車的消息也在不斷傳出,不僅各大車企紛紛表示將要停售燃油車,新的歐七排放標準以及碳減排的需求似乎都在為內(nèi)燃機“宣判死刑”。
實際上有部30年前的動漫,就向我們預(yù)言了內(nèi)燃機的未來——氫內(nèi)燃機。而現(xiàn)在車企們主打的很多智能化、數(shù)字化配置,也都是這部動漫里曾經(jīng)玩剩下的。當然,在大人們的眼光里,看些熱血的青春動漫怎么可能會“漲知識”呢?
●30秒快速了解全文:
1.氫內(nèi)燃機的出現(xiàn)要比汽油機還早?
2.效率不高、安全性差等問題,讓氫內(nèi)燃機在十年前輸給氫燃料電池
3.氫內(nèi)燃機為何又在近兩年“起死回生”
4.氫內(nèi)燃機究竟是電驅(qū)動的克星還是內(nèi)燃機的絕唱?
●這部動漫里的神預(yù)言居然都成真了!
此外,賽車上搭載的一鍵啟動、全液晶多功能儀表、抬頭顯示、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等都已經(jīng)成為比較常見的配置。至于那兩顆幫助主角反復(fù)“起飛”、推力巨大的效能風(fēng)扇,就需要去F35B戰(zhàn)斗機上才能見到了。
根據(jù)動漫里的時間線,氫內(nèi)燃機在2001年完成了量產(chǎn),成為當時汽車動力的主要選擇,并在2015年被搭載到了高智能方程式賽車中。而現(xiàn)實中,氫內(nèi)燃機的故事不僅要早的多,也要更加的跌宕起伏。
●在氫內(nèi)燃機面前汽油機才是“弟弟”
氫內(nèi)燃機(hydrogen internal combustion engine)的基本原理并不復(fù)雜,就是利用氫氣與氧氣燃燒釋放反應(yīng)氣體的化學(xué)能,再通過氣體膨脹做功完成化學(xué)能向機械能的轉(zhuǎn)化。這一做功過程與普通內(nèi)燃機完全相同,你甚至可以把氫內(nèi)燃機與汽油機理解為一母同胞的親兄弟,而且更早問世的氫內(nèi)燃機,反而是“哥哥”。
當然,先“出生”并不代表著贏得市場。尤其對于19世紀末的技術(shù)能力來說,比氫氣更容易運輸攜帶的汽油在使用環(huán)節(jié)可謂占盡了上風(fēng),自汽油機作為汽車動力運行成功后,便迅速成為了汽車動力的主流選擇。而問世更高的氫內(nèi)燃機,也就被長期束之高閣。
●石油危機為氫內(nèi)燃機帶來了第一次轉(zhuǎn)機
氫內(nèi)燃機發(fā)展的第一次轉(zhuǎn)機出現(xiàn)在20世紀80年代,連續(xù)的兩次石油危機造成了油價的暴漲,車企們紛紛開始尋找能替代石油的新的能源方案,可再生的氫能便是當時被看好的解決途徑之一,主要的使用方式則有氫內(nèi)燃機和氫燃料電池兩種。
憑借系統(tǒng)成本低、無需復(fù)雜的能量轉(zhuǎn)換、對氫氣純度要求低、使用壽命長的優(yōu)勢,氫內(nèi)燃機在80年代迎來了一波大發(fā)展,寶馬、日產(chǎn)、馬自達、福特等車企,也都在這一時段都推出過氫內(nèi)燃機的驗證車型。
首先,內(nèi)燃機中的氫氣在燃燒時雖然不會產(chǎn)生CO/CO2,但會有少量NOx污染物的排放。工程師們?yōu)榱艘种芅Ox的形成,通常會為氫氣提供兩倍于完全燃燒所需的空氣量,但這么做的后果就是讓氫內(nèi)燃機的功率降低到同排量汽油機的一半左右,往往需要通過渦輪增壓或者機械增壓來為氫內(nèi)燃機提高動力。
而如果這種“早燃”現(xiàn)象再提前些,在進氣門未關(guān)閉時,缸內(nèi)混合氣體就被熱點引燃,甚至將火焰?zhèn)鞑サ竭M氣管內(nèi),還會產(chǎn)生“回火”,輕則破壞供氫系統(tǒng),重則直接引發(fā)爆炸。這也讓氫內(nèi)燃機的安全性存在不足。
從以上的問題可以看出,雖然氫內(nèi)燃機與汽油機在原理和結(jié)構(gòu)上區(qū)別不大,但想要造出一臺性能優(yōu)異、安全可靠的氫內(nèi)燃機仍舊需要克服一系列的難題。以寶馬等車企攻堅氫內(nèi)燃機那個年代的材料、控制和工藝技術(shù),仍舊意味著巨大的開發(fā)難度和成本。在完成了一輪測試后,車企們便紛紛將開發(fā)重點轉(zhuǎn)向同樣很難但潛力更大、效率更高的氫燃料電池方向,這也使氫內(nèi)燃機的發(fā)展進入了“第二次冰河期”。
●是什么讓氫內(nèi)燃機再次“起死回生”
以柴油為主要動力的商用車領(lǐng)域是目前對碳減排需求最為迫切的汽車市場。比如我國的商用車保有量僅有10.9%,卻產(chǎn)生了占比56%的碳排放,對新能源的需求也就最為迫切。但商用車高負載的工況對電驅(qū)動系統(tǒng)并不友好,而轉(zhuǎn)型氫燃料電池的高成本又很難讓它快速普及,此時氫內(nèi)燃機再一次成為了關(guān)注的焦點。
而乘用車方面,由于純電動、氫燃料電池、混動的選項較多,對氫內(nèi)燃機的需求并不那么迫切。目前國內(nèi)長城、廣汽、一汽、長安等車企都在進行相應(yīng)的技術(shù)儲備,根據(jù)相關(guān)報道,廣汽自研的氫內(nèi)燃機在熱效率方面已經(jīng)能達到44%,已經(jīng)接近頂尖民用汽油機的熱效率了。
又一次“起死回生”的氫內(nèi)燃機,已經(jīng)能依靠現(xiàn)有技術(shù)來克服早燃、回火等問題,性能上的劣勢也在被逐漸抹平,而它的地位也從挑戰(zhàn)燃油車的一種更經(jīng)濟的能源,有望成為內(nèi)燃機產(chǎn)業(yè)鏈的救命稻草,在零碳排時代替代傳統(tǒng)汽油機的位置,將那響亮的排氣聲浪傳承下去。
●氫內(nèi)燃機的未來會“美好”下去嗎?
哪怕以氫內(nèi)燃機平均熱效率40%、氫燃料電池平均熱效率60%來進行計算,氫燃料電池的效率也能達到氫內(nèi)燃機的1.5倍,再加上氫燃料電池可以使用電機自帶的制動能量回饋功能,實際氫耗將會低得多,這讓氫內(nèi)燃機在使用成本上很難匹敵氫燃料電池車。而一旦未來氫燃料電池通過規(guī)模化將成本降低到內(nèi)燃機的水平,氫內(nèi)燃機在氫燃料電池面前真就再無優(yōu)勢可言了。
所以,綜合來看,氫內(nèi)燃機的機遇就在氫燃料電池成本較高的階段,在大功率或重載條件下承擔相應(yīng)的動力輸出任務(wù),比較適合在商用車領(lǐng)域完成對柴油機的替代。此外,對能耗不那么敏感、對功率密度要求嚴苛、又對排氣聲浪無比在意的賽車場,也許會是接下來安放氫內(nèi)燃機的最佳場景。
總結(jié):
對于汽車愛好者來說,內(nèi)燃機的聲浪早已刻入了DNA中,但在環(huán)保的壓力下,這些燒油的精密機械正在被只會發(fā)出嗡嗡聲的電機逐漸取代,讓一眾情懷黨黯然神傷,再次挺身而出的氫內(nèi)燃機似乎成了內(nèi)燃機家族唯一的希望。但理性的來看,在氫內(nèi)燃機完成好向氫燃料電池的過渡后,較低的效率水平很難讓它贏得多數(shù)人的青睞;蛟S像《高智能方程式賽車》中的那樣,賽車場才是屬于未來氫內(nèi)燃機的一片天地。(文/汽車之家 孫一超)
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