近日，北汽首台氢内燃机点火成功，向实现高效零碳发动机迈出了关键的一步。据悉，北汽研究总院与北京工业大学成立联合工作小组，完成氢内燃机关键系统的仿真分析和设计开发工作。首台氢内燃机在北汽完成试制、装配后，双方团队在北工大试验室共同开展燃烧开发工作。
图源北汽集团
该氢内燃机基于荣获“中国心”2021年度十佳发动机大奖的魔核1.5T发动机进一步优化而成，它主要采用了适应氢气燃料的喷嘴及导轨、氢专用涡轮增压器、氢专用机油、耐磨损耐氢的气门与阀座等关键技术。在魔核发动机优异的性能基础上进一步提升，热效率目标达45%。
图源北汽集团
2021年，北京汽车正式推出魔核动力平台的1.5T发动机，并搭载于新一代自主产品——北京魔方上。行业首款量产搭载VGT增压器技术，不仅让魔核动力拥有138kW最大功率、305 N·m最大扭矩；更是同级别产品NVH性能“天花板”，其怠速噪声仅为57.5dB；无惧-40℃海拉尔极寒与火焰山50℃酷暑，魔核动力拥有超过40000小时全场景测试，以超过行业最高的标准保障行业顶尖可靠性水平，为用户提供安心愉悦的用车体验。
在氢能动力领域，由北汽福田联合清华大学和亿华通公司研发完成的国内首款燃料电池客车平台化产品已在2022北京冬奥会上完成服务保障工作，并首次形成国内具有自主知识产权的燃料电池客车产业链。该技术突破了大功率石墨板燃料电池发动机设计关键技术，石墨板电堆功率密度国内率先达到2.22kW/L；并首创了极寒环境冷启动和综合执管理技术，形成了8m-12m全系列燃料电池客车产品。
此次首台氢内燃机成功点火，是北汽集团于今年6月发布“BLUE 卫蓝计划”后的一次重要成果落地。根据计划，北汽集团将全力在2025年实现碳达峰，2050年实现产品全面脱碳、运营碳中和。
作为中国汽车产业版图中的重要组成、首都工业经济的重要支撑，北汽集团顺应汽车“新四化”的发展趋势，超前谋划布局新能源汽车产业，积极开展智能互联、大数据等前瞻技术研究和产业化探索，打造自主品牌核心竞争力，为建设科技强国、汽车强国贡献力量。
内燃机示意图，图源视觉中国
氢内燃机的历史可以追溯到1807年，当时瑞士人伊萨克·代·李瓦茨研发了第一款单缸氢气内燃机。我国氢发动机的研究开始于20世纪80年代初，国内一些高校和科研单位对内燃机燃氢和燃氢双燃料内燃机等进行了实验研究。
2007年6月18日，我国自主研制的第一台高效低排放氢内燃机在重庆长安汽车集团成功地实现点火。高效低排放氢内燃机是国家“863”计划唯一立项的氢燃料重点项目，它的成功点火标志着我国氢内燃机研究技术已经获得了突破性的进展，为氢内燃机的产业化奠定了基础。
近年来，在国家利好政策的助力下，氢能产业尤其是氢燃料电池汽车产业得到了较快发展。与此同时，作为减碳技术路线的有效补充，被“冷落”多年的氢内燃机也开始受到行业的关注。
氢内燃机(hydrogen internal combustion engine)，也叫氢燃料发动机，以传统内燃机为基础，通过改变燃料供应系统、喷射系统以及燃料等，燃烧氢气产生动力，从而驱动车辆的行驶。可以简单的理解为烧氢气的发动机，其基本原理与普通的汽油或者柴油内燃机的原理一样，是基本的汽缸—活塞式的内燃机，同样是按照吸气——压缩——做功——排气4个冲程来完成化学能对机械能的转化，只是氢内燃机里的燃料是氢气。
氢内燃机工作原理，图源氢能观察
“氢能并不是燃料电池的专属，上世纪50年代，内燃机领域就已开始将氢能作为燃料进行应用研究。”内燃机行业专家魏安力表示，氢内燃机与燃油车相似，只不过把燃料变成了氢气，发动机与此前的汽油发动机、天然气发动机有共通之处。
在魏安力看来，氢内燃机更具成本和推广优势。内燃机将氢作为燃料，一方面具有多种燃料适应性，可以使用纯氢为燃料，也可以和甲醇掺烧，有效降低对石油依赖；另一方面，可以使内燃机资源得到最大化利用，延长生产装备生命周期，氢内燃机保留了传统内燃机的主要架构和系统，不需要重新构建产业链，其技术实现的难度和成本投入远小于燃料电池。
2022年，在氢能产业热度居高不下时，不少企业开始解锁氢能的另一种应用形式——氢内燃机。
1、一汽集团
2021年4月，由中国一汽自主设计研发的首款红旗2.0L氢能专用发动机在研发总院试制所顺利下线交付，并于当月在北理工实现点火。该发动机基于中国一汽最先进的第三代汽油机产品平台自主研发，发动机排量2升，目标热效率大于42%。
2022年6月8日，由一汽解放自主设计研发的国内首款重型商用车缸内直喷氢气发动机成功点火并稳定运行。本款氢气发动机属13L重型发动机，运转功率超500马力，指示热效率突破55%，相关产品具备氢气单燃料缸内直喷、氢气单燃料缸内和气道混合喷射、氨气和氢气双燃料喷射能力，可灵活转化成氢气、氨气等净零碳燃料产品。
2、潍柴动力
6月15日，在“腾飞吧！山东高端装备制造”山东重工新科技成果展上，中国重汽·潍柴动力联合发布全国首台商业化氢内燃机重卡，该车为中国重汽全新一代黄河品牌高端重卡，搭载潍柴动力自主开发的13L氢内燃机，实现了有效热效率41.8%。
3、广汽集团
2021年9月，广汽集团自主研发的首款氢气发动机点火成功。该发动机基于广汽第四代发动机平台自主研发，广汽集团拥有完全自主知识产权，采用了多种新技术，以确保发动机平稳运行，热效率可达44%。
2022年6月28日，广汽集团在 2022 广汽科技日上发布了1.5L氢内燃机，该款1.5L氢燃料发动机首发亮相，采用了氢气缸内直喷技术，最高热效率达到44%，氢耗≤0.84kg/100km，已成功运转超过12000小时，充分展现广汽集团在氢能动力领域丰富的技术储备。
4、玉柴集团
2020年，玉柴集团已经完成了50%热效率内燃机的技术研发工作。
2021年12月，玉柴集团在北理工发布中国首台商用车燃氢发动机YCK05。该燃氢发动机采用高压多点进气道喷射技术、高效低惯量涡轮增压技术、氢气专用SCR后处理、高效稀薄燃烧技术等多项先进的专项技术，并对整机结构、燃烧和配气等子系统进行全面优化升级，攻克了燃氢发动机易回火、易爆震等技术难题，热效率达到42%，能广泛应用于公交、市政、环卫、物流配送等场景。
2022年6月30日，玉柴YCK16H燃氢发动机在广西玉林成功点火。该款发动机排量达15.93升，最大马力达560马力，是目前中国排量最大，马力最大的燃氢发动机。玉柴YCK16H的点火成功，标志着玉柴在零碳能源动力系统赛道上又迈出了坚实一步。
5、上海新动力
7月1日，上海新动力汽车科技股份有限公司首台直喷式氢气发动机在试验认证部试验基地点火成功，该款直喷式氢气发动机排量12.8升，设计最大马力480马力，采用领先的缸内氢气直喷技术，热效率高达44%。
6、东风集团
9月26日，东风汽车集团以“科技强芯·零碳动力·协同共赢”为主题，在湖北武汉举办“龙擎-自主控制系统天然气发动机&氢发动机点火仪式暨东风-中科院生态中心联合实验室揭牌仪式”活动。
根据介绍，技术优势方面，龙擎 · 自主控制系统-氢发动机匹配高耐热缸盖、钢活塞的基础机，运用氢气机理开发、燃烧室型线优化、低热损燃烧技术、喷雾特性与燃烧机理开发的燃烧系统，同时具有自动控制策略、空气系统、电控喷射系统、点火系统、后处理系统等众多优势。龙擎·自主控制系统氢发动机的成功点火预示着东风公司向碳中和迈进了一大步，为实现零碳动力提供了重要选择，推动汽车行业尽早实现双碳目标。
7、北汽集团
10月底，北汽首台氢内燃机点火成功，向实现高效零碳发动机迈出了关键的一步。
在业内专家看来，作为氢能汽车的两个发展方向，氢内燃机与氢燃料电池技术并不冲突，两者在商用车领域均具有较为广阔的发展前景，但同时也都面临着成本高、配套设施短缺、缺乏完善顶层设计以及产业链薄弱等诸多挑战。
目前来看，购置、运营乃至车辆全生命周期成本优化，是氢能商用车进入发展快车道的关键。但氢气的储存和运输，制氢、注氢的安全问题，以及建设加氢站的高昂成本，都成为推广氢燃料电池汽车和氢内燃机车的障碍。特别是对于氢燃料电池汽车来说，仅是电池和储氢系统的成本就占到整车的六成以上。若电堆成本、加氢站和氢气运输成本无法降到合适的价格区间，就难以进行大规模推广。
当前，在全球能源绿色化的大背景下，不同的动力路线擅长的领域和场景不尽相同，逐渐呈现出百花齐放的市场格局。氢内燃机作为能够实现传统化石能源替代的可行性技术路线，已经引起了众多的关注。不过，目前业界还处于初步探索阶段，未来前景如何还有待观察，氢内燃机的商业化道路任重而道远。
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