2022年3月22日，清華大學車輛與運載學院先進發(fā)動機團隊在氨氫發(fā)動機燃燒技術上取得新突破。利用氫氣點火形成分布式燃氣射流引燃氨混合氣，實現(xiàn)了氨發(fā)動機的穩(wěn)定運行。

3月28日，清華大學車輛與運載學院先進發(fā)動機團隊與東風商用車公司聯(lián)手在其龍擎DDi13重型車發(fā)動機上實現(xiàn)氨/柴燃料點火成功，屬國內首臺氨燃料重型車用發(fā)動機。

曾經(jīng)被擱置很久的氫內燃機重燃發(fā)展曙光，讓人們似乎看到了未來氫能在交通領域發(fā)展的一條新路。

氫內燃機與燃料電池有何不同？

很多人并不了解氫能內燃機和燃料電池發(fā)動機有何差別，甚至把兩種技術混為一談。但實際上這卻是兩種截然不同的技術。

所謂氫內燃機，本質就是內燃機，之所以叫“氫內燃機”，是因為它在內部燃燒時燒的是氫氣。而其他內燃機基本上燒的是化石能源，比如汽油或者柴油。

燃料電池則是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發(fā)電裝置。其技術路線更為復雜，涉及化學熱力學、電化學、電催化、材料科學、電力系統(tǒng)及自動控制等學科的有關理論。

氫燃料電池車的反應是從氫氣轉變?yōu)殡娔?，再由電能驅動讓車運行起來。一個直接內燃機驅動，一個氫轉換為電再驅動，從能量損耗的角度看，氫內燃機比氫燃料電池的能量損耗小。

最重要的一點，氫內燃機車和電完全不沾邊，它的基礎結構和燃油車一致，關鍵零部件和生產(chǎn)制造系統(tǒng)完全可以通用，比如：氫內燃機可與現(xiàn)有卡車變速箱系統(tǒng)相兼容，并能順利接入行業(yè)現(xiàn)有的服務網(wǎng)絡和運營設施。這樣對于傳統(tǒng)燃油車企來說，生產(chǎn)氫內燃機車的產(chǎn)線改造成本最小。

氫內燃機還有一個非常明顯的優(yōu)勢是其強大的動力優(yōu)勢。對高載荷和高功率密度應用來說，電動汽車解決方案無法滿足其運行要求，而燃料電池又不具備經(jīng)濟可行性。氫內燃機的出現(xiàn)可謂針對動力訴求強的用戶提供了更有經(jīng)濟性的解決方案。

因何重啟氫內燃機研發(fā)

氫內燃機實際上在人們研發(fā)內燃機的時候就被列入首選研究對象。但氫氣的燃爆點比汽柴油低，試驗過程中常常出現(xiàn)還未點火就被發(fā)動機高溫給引爆的情況，而且受制于當時的儲氫材料和設備限制，氫氣體積太大、液化難度高，所以很快就被研發(fā)人員放棄了。

隨著時間的推移，人們逐漸發(fā)現(xiàn)以前看似難以逾越的技術難題似乎是可以通過其他方式克服的。尤其是在石油價格上漲，油氣供需關系緊張的情況下，人們又重啟了對氫內燃機的研發(fā)。

各家車企的工程師夜以繼日研發(fā)新技術，逐漸解決了氫內燃機的技術難題。比如在儲氫領域，由于碳纖維等新型材料的運用，讓高強度壓縮氣罐誕生了，汽車可以在保證安全的前提下攜帶更多的氫。噴水冷卻和廢氣再循環(huán)技術，也讓氫氣提前引爆的問題得到了根本解決。

聯(lián)合汽車電子高級系統(tǒng)開發(fā)專家蘇建業(yè)介紹說：“增壓技術的進步滿足了氫能發(fā)動機對功率的需求，從以前的30kW/L提高到80kW/L，翻了一倍多。”國際能源/氫能匯（微信公眾號：h2-2005）了解到，當前2.0L渦輪增壓缸內直噴氫能發(fā)動機的功率、扭矩，與2.0L增壓直噴汽油機相當。總體上，氫能發(fā)動機具備了量產(chǎn)的技術條件。

2006年，美國福特汽車公司的的V-10氫內燃機投入生產(chǎn)，2007年開發(fā)出氫內燃機公交車；

2007年，長安汽車與北京理工大學合作研究出PFI氫內燃機汽車。

2009年，北理工氫內燃機團隊成功開發(fā)出中國第一輛氫內燃機轎車，并成功行駛超過1萬公里。

2021年5月12日，在中國品牌博覽會上，一汽紅旗展出了氫氣發(fā)動機車型。

2022年3月22日，福特氫燃料內燃機專利曝光，這具氫燃料引擎的Lambda值（過量空氣系數(shù)）可超過2.00，遠超過稀薄燃燒的1.00，在排廢上更為潔凈。

從上述氫內燃機的研發(fā)時間線可以看到，我們國家的氫內燃機研發(fā)速度幾乎與國外一致，長期以來，在汽車領域，國外的先進技術一直壓我們國家一頭，實現(xiàn)彎道超車，或許可以是一個新賽道。

氫內燃機普及還缺什么？

從氫內燃機的發(fā)展現(xiàn)狀，我們不難發(fā)現(xiàn)，其遠未達到實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的目標。那么氫內燃機實現(xiàn)普及，進而取代傳統(tǒng)內燃機車究竟還缺什么條件？

首先一點是政策支持。雖然我們國家工信部在2021年8月10日在《對十三屆全國人大四次會議第5736號建議的答復》中提到，下一步，將積極配合相關部門制定氫能發(fā)展戰(zhàn)略，研究推動將氫氣內燃機納入其中予以支持。

此后無論是國家政策還是地方政策，對氫內燃機再難見到只言片語，但關于推廣氫燃料電池車的相關政策卻層出不窮?；蛟S對于氫內燃機，我們只能寄希望于關于氫能技術的創(chuàng)新平臺能得到政府部門在資金或者技術交流方面予以支持。

其次，除了政策支持外，很重要的一點是氫與空氣混合氣體燃燒與排放控制。因為氫分子小，滲透性又很強，如何保證其在噴射過程中的定時、定序、定量、穩(wěn)定運行，避免回火異常燃燒也是一道難題。

氫內燃機的排放并不全是水，還有一定量的氮氧化物，對于這部分氮氧化物排放如何處理采用什么技術處理也是目前尚未研究清晰的一個問題。

另外就是，人們常常提到的“氫脆”問題，尤其是與氫接觸的管線、閥門、噴嘴等設備材料如何避免避免“氫脆”問題需要反復試驗。

而從先行的標準體系觀察，氫內燃機尚未形成統(tǒng)一的標準體系，因此需要全國氫能標準化委員會、全國內燃機標準化委員會和全國汽車標準化委員會聯(lián)合制定適應與氫內燃機應用的標準體系，只有先定好規(guī)矩，才能確保行業(yè)可以做大做強。

中國汽車工程學會理事長、中國工程院院士

清華大學教授 李駿

中國汽車工程學會理事長、中國工程院院士、清華大學教授李駿指出：“人類所使用的無碳燃料不僅是氫，還有其他燃料。氨氫融合一體化的新能源汽車可能將會是絕佳解決方案。氨氫能源融合，打造氫能運、儲、供新體系，可以用于燃料電池和內燃機，更適合長途運輸?shù)纳逃密嚒?rdquo;

清華大學車輛與運載學院先進發(fā)動機團隊與東風商用車公司聯(lián)手在其龍擎DDi13重型車發(fā)動機上實現(xiàn)氨/柴燃料點火成功，或許已經(jīng)證明了李俊院士的觀點，氫內燃機的試水已經(jīng)從氨開始了。