油价几连涨/电车有焦虑!只有它才是汽车的未来?

孙一超
2022-03-04 00:29 /浏览

●石油危机为氢内燃机带来了第一次转机

    氢内燃机发展的第一次转机出现在20世纪80年代,连续的两次石油危机造成了油价的暴涨,车企们纷纷开始寻找能替代石油的新的能源方案,可再生的氢能便是当时被看好的解决途径之一,主要的使用方式则有氢内燃机和氢燃料电池两种。

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    凭借系统成本低、无需复杂的能量转换、对氢气纯度要求低、使用寿命长的优势,氢内燃机在80年代迎来了一波大发展,宝马、日产、马自达、福特等车企,也都在这一时段都推出过氢内燃机的验证车型。

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    首先,内燃机中的氢气在燃烧时虽然不会产生CO/CO2,但会有少量NOx污染物的排放。工程师们为了抑制NOx的形成,通常会为氢气提供两倍于完全燃烧所需的空气量,但这么做的后果就是让氢内燃机的功率降低到同排量汽油机的一半左右,往往需要通过涡轮增压或者机械增压来为氢内燃机提高动力。

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    而如果这种“早燃”现象再提前些,在进气门未关闭时,缸内混合气体就被热点引燃,甚至将火焰传播到进气管内,还会产生“回火”,轻则破坏供氢系统,重则直接引发爆炸。这也让氢内燃机的安全性存在不足。

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    从以上的问题可以看出,虽然氢内燃机与汽油机在原理和结构上区别不大,但想要造出一台性能优异、安全可靠的氢内燃机仍旧需要克服一系列的难题。以宝马等车企攻坚氢内燃机那个年代的材料、控制和工艺技术,仍旧意味着巨大的开发难度和成本。在完成了一轮测试后,车企们便纷纷将开发重点转向同样很难但潜力更大、效率更高的氢燃料电池方向,这也使氢内燃机的发展进入了“第二次冰河期”。

●是什么让氢内燃机再次“起死回生”

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    以柴油为主要动力的商用车领域是目前对碳减排需求最为迫切的汽车市场。比如我国的商用车保有量仅有10.9%,却产生了占比56%的碳排放,对新能源的需求也就最为迫切。但商用车高负载的工况对电驱动系统并不友好,而转型氢燃料电池的高成本又很难让它快速普及,此时氢内燃机再一次成为了关注的焦点。

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    而乘用车方面,由于纯电动、氢燃料电池、混动的选项较多,对氢内燃机的需求并不那么迫切。目前国内长城、广汽、一汽、长安等车企都在进行相应的技术储备,根据相关报道,广汽自研的氢内燃机在热效率方面已经能达到44%,已经接近顶尖民用汽油机的热效率了。

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    又一次“起死回生”的氢内燃机,已经能依靠现有技术来克服早燃、回火等问题,性能上的劣势也在被逐渐抹平,而它的地位也从挑战燃油车的一种更经济的能源,有望成为内燃机产业链的救命稻草,在零碳排时代替代传统汽油机的位置,将那响亮的排气声浪传承下去。

●氢内燃机的未来会“美好”下去吗?

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    哪怕以氢内燃机平均热效率40%、氢燃料电池平均热效率60%来进行计算,氢燃料电池的效率也能达到氢内燃机的1.5倍,再加上氢燃料电池可以使用电机自带的制动能量回馈功能,实际氢耗将会低得多,这让氢内燃机在使用成本上很难匹敌氢燃料电池车。而一旦未来氢燃料电池通过规模化将成本降低到内燃机的水平,氢内燃机在氢燃料电池面前真就再无优势可言了。

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    所以,综合来看,氢内燃机的机遇就在氢燃料电池成本较高的阶段,在大功率或重载条件下承担相应的动力输出任务,比较适合在商用车领域完成对柴油机的替代。此外,对能耗不那么敏感、对功率密度要求严苛、又对排气声浪无比在意的赛车场,也许会是接下来安放氢内燃机的最佳场景。

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总结:

    对于汽车爱好者来说,内燃机的声浪早已刻入了DNA中,但在环保的压力下,这些烧油的精密机械正在被只会发出嗡嗡声的电机逐渐取代,让一众情怀党黯然神伤,再次挺身而出的氢内燃机似乎成了内燃机家族唯一的希望。但理性的来看,在氢内燃机完成好向氢燃料电池的过渡后,较低的效率水平很难让它赢得多数人的青睐。或许像《高智能方程式赛车》中的那样,赛车场才是属于未来氢内燃机的一片天地。(文/汽车之家 孙一超)

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