从内燃机到新能源内燃机的嬗变

广告　商业广告，理性选择

　　最近，有关氢内燃机研发及应用的消息频繁曝光。比如，博世宣布，计划在今年推出首款用于卡车的氢内燃机，以补充其现有的产品阵容；又如今年1月，总投资6亿元的中关村道依茨氢气内燃机合资项目在北京经济技术开发区（北京亦庄）签约落地，双方将致力于快速将氢内燃机技术与环保体系相结合，抢占氢能源示范应用场景及市场。

　　值得注意的是，日前国务院发布的《全面推进美丽中国建设的意见》提出，到2027年，我国新增汽车中新能源汽车占比要力争达到45％。政策的另一面，正是对内燃机行业转型发展的助推。

　　如果要问新能源汽车产业链是否涉及内燃机，可能很多人会给出否定答案。然而，内燃机行业对此恐怕并不认同。随着技术研发和市场探索，国内外企业已陆续推出多款零碳或碳中和内燃机产品。

　　记者了解到，中国内燃机学会牵头成立了“科创中国”发动机碳中和产业科技服务团，推动发动机碳中和产业发展，助力打造我国绿色动力产业链。

　　企业布局低碳和零碳内燃机  

　　博世在企业官网发布的信息显示，氢内燃机是未来动力总成的另一种选择，特别是在具有挑战性的环境条件下其性能和优势的表现稳健。2023年5月，博世首次宣布研发氢内燃机的计划，并在2023年6月的勒芒24小时耐力赛上展示了配装3升氢发动机的Ligier赛车。

　　在国内，2022年6月，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，目前已进入整车试制阶段，计划2024年3月交付用户示范运行；当月，中国重汽、潍柴动力联合发布的全国首辆商业化氢内燃机重卡——黄河高端重卡，配装的便是潍柴动力13升氢内燃机，有效热效率41.8％；同期，玉柴YCK16H燃氢发动机也点火成功，创下排量最大（15.93升）、功率最大（560马力，约合412kW）的行业纪录。

　　2023年4月，东风公司技术中心举行东风马赫动力氢气发动机最新成果发布会；6月，吉利汽车动力研究院宣布，经过两轮探索和开发，将自研的2.0L直喷增压氢内燃机热效率提升至46.11％，达到行业领先水平；10月，五菱柳机首款自主研发的4M20H氢内燃机成功点火，采用4缸2.0升发动机，最大功率可达70kW，最大扭矩为130N·m。

　　与此同时，甲醇、氨等低碳和零碳燃料的应用，也成为内燃机转型发展的方向。从2005年启动研发，吉利18年来投入资金约100亿元用于甲醇汽车的推广。2023年9月，山西榆新甲醇发动机有限公司自主首创的压燃式甲醇发动机首次亮相，引发整车企业和物流公司的关注。去年，广汽集团则在科技日上发布了全球首款乘用车氨发动机。

　　去年年底，新能源内燃机联盟启动会在北京举行，并发布首个重要成果《新能源内燃机发展报告》。行业人士形成共识，氨、甲醇、电子合成燃料等均有其发展机遇，将在不同阶段下应用于商用车的不同使用场景。

　　据介绍，氢、甲醇和氨均为高辛烷值燃料，主要采用火花点火或高活性燃料点燃燃烧方式，但它们的燃料特性差别较大，需要采用不同的燃烧组织方式。由于新能源燃料的不同特性，未来将应用于不同的场景，比如，氨可能更适合于低速远洋船舶、甲醇可能适用于船舶和车用、氢目前的研究主要聚焦于车用发动机。

　　内燃机行业还有很多机会  

　　在内燃机产业变革的背后，是一众从业人员寄托的深厚情感。“我学了一辈子发动机，对内燃机有深厚的感情”、“大学毕业至今几十年来，我没有一天离开过内燃机。难以想象，假如没有内燃机，我今后能干什么”……这样的感慨伴随汽车“禁燃”令的发酵一度占了上风。

　　然而，“命运”在关上一扇门的同时，往往也会打开一扇窗。为顺应“双碳”目标的要求，在汽车产业变革的浪潮下，科研机构、企业、行业从业者等都在积极探索内燃机新的发展方向。一位来自电力研究所的行业人士表示，自己所在的研究所长期从事传统动力总成的开发，以后大概率还是做内燃机的开发，现在将关注点放在了氢内燃机上。另一位此前在高校开展内燃机研究的学者，转而针对低碳和零碳燃料发动机的基础理论和设计研发进行攻关。企业层面的积极探索，更是不胜枚举。

　　“面对汽车电动化和碳中和发展带来的挑战，我们没有放弃。发动机在改变，技术也在改变。”清华大学航空发动机学院副院长帅石金认为，“从发动机的角度来看，电能带来了效率的提升，从氢、氨到未来的eFule等碳中和燃料，内燃机行业还有很多的机会。”

　　华中科技大学能源与动力工程学院副院长成晓北表示：“包括我国在内，全世界有如此庞大的内燃机产业，涉及这么多人员和资产，不可能全部‘清零’。内燃机本身具有优势，如果给内燃机‘喂’低碳和零碳燃料，不仅可以满足碳中和的要求，同时还能利用上现有齐全、完整且成熟的产业链，让它发挥更大的作用。”

　　据了解，新能源内燃机需要解决一些特殊的挑战，比如，氢内燃机的早燃与爆震，甲醇发动机的冷启动和未燃甲醇排放，氨发动机的燃烧稳定性等。

　　有鉴于此，在转型的过程中，企业难免存有疑惑。此前，在“科创中国”发动机碳中和产业科技服务团组织的氢燃料电池及氢发动机技术论坛上，来自多家企业的代表向院士专家提出了自己的问题。比如，从时间轴上来说，商用车氢、氨、甲醇的发展前景各自如何；未来氢内燃机在车端的应用，如何从成本和效率角度进行平衡等。

　　产业链协同成为关键要素  

　　碳中和及电气化勾勒出未来内燃机的发展趋势。仅从氢内燃机这条赛道来看，国内外多家企业已经入局，以大排量、强动力产品为主，定位中长途牵引运输场景。可以说，碳中和发动机的产业链正在形成，处于重要的产业培育期，有望成为未来发动机产业新的增长点。

　　“在碳中和与汽车电动化的基础上，大家都有机会，要顺应技术的发展。”帅石金认为，碳中和内燃机需要解决氢、氨等零碳燃料的燃烧控制、氮氧化物排放以及E-fuel燃料成本高的问题，才能最终实现可持续发展。

　　玉柴机器股份副总工程师王辉提到，氢内燃机在热效率和排放控制方面潜力大，将不断实现关键技术的突破。柔性燃料发动机平台的通用化可以降低开发、配套和应用成本。但同时，氢内燃机的开发与应用，需要上游关键零部件企业和下游整车客户、用户的协同合作，才能开创产业发展的新局面。

　　在政策环境方面，2023年5月发布的《工业领域碳达峰碳中和标准体系建设指南（2023版）》提及，要重点制定氢内燃机等氢能技术和装备标准；2023年8月国家标准委等六部门联合印发的国家层面首个氢能全产业链标准体系建设指南《氢能产业标准体系建设指南（2023版）》中，氢内燃机进入了氢能应用之列。有行业人士认为，这意味着氢内燃机或将纳入新能源汽车产业发展规划，政府将出台相关政策，支持氢内燃机汽车示范运行。

　　据预测，氢内燃机2025年前后有望实现量产，技术就绪时产品的热效率可达43％～45％，预计未来可提升至50％以上。

　　不过，成晓北也提到，氢内燃机和氢燃料电池是“哥俩好”的关系，两者是并存的，不是非此即彼。其中，从产业链成熟的基础条件来说，氢内燃机有很大的发展前景。在他看来，燃料电池的性能、成本、寿命三者之间相互制约，一直是需要攻克的“不可能三角”。