氢内燃机“起风”，国内对氢内燃机领域的探索正悄然兴起

种种迹象表明，国内对氢内燃机领域的探索正悄然兴起。

近日，全国人大代表、广西玉柴机器股份有限公司内燃机工种技能大师、新品试制工段工段长许燕妮，以及全国人大代表刘汉如针对鼓励发展氢气内燃机提出建议，鼓励企业、研究机构投入氢内燃机开发，共同推动氢气内燃机完全自主化。

企业方面，玉柴集团已正式发布中国首台商用车燃氢发动机YCK05，并成功点火运行；康明斯将启动15L氢内燃机运营验证。此外，广汽集团、一汽集团等均在氢内燃机方面传来相关消息。

在燃料电池发展如火如荼的当下，氢内燃机为何异军突起？

国内氢内燃机的研发探索

氢内燃机，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。

技术多样化发展能够最大程度保障氢能产业发展方向不发生严重偏离，因此国内在积极推动燃料电池技术发展的同时，也同样没有放弃对氢内燃机的关注。

去年8月，工信部在对十三届全国人大四次会议第5736号建议的答复中表示，下一步，研究推动将氢气内燃机纳入其中予以支持；12月3日，工业和信息化部印发《“十四五”工业绿色发展规划》，再次提出发展氢燃料燃气轮机。

氢内燃机技术研发领域，以玉柴集团、康明斯、广汽集团、一汽集团为代表的企业已经有了收获。

各企业在氢内燃机领域的探索

其中，玉柴集团YCK05燃氢发动机采用了超稀薄清洁燃烧的技术路线、氢气专用SCR后处理、进气道高压多点喷射、小惯量高效涡轮增压器，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。

“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，预计在2024年7月份商用车第四阶段油耗标准执行前后，50%热效率发动机将实行量产。”玉柴集团表示。

值得注意的是，上述在氢内燃机领域展开布局的企业多以汽车零部件巨头及车企为主，原因在于：车用内燃机作为我国碳排放“大户”以及交通运输的主要动力，面临着双碳目标下新旧动能转换的“大考”，大部分汽车零部件巨头及车企均加快了技术探索的步伐，而集合了“发动机＋氢能”基因的氢内燃机成为这些企业的重要突破点。

氢燃料发动机结构与现有内燃机相似，车企和内燃机企业可以发挥在内燃机方面的技术优势，甚至保留整条内燃机产业链条，可以轻松地将氢内燃机装配到现有车辆系统中，大多数零部件和软件可以保持不变。因此，氢内燃机的研发推进，对主机厂具备极大的吸引力。

“作为氢燃料电池、动力电池及可再生天然气动力链的补充，氢气发动机项目将为运输业实现可持续发展提供更多潜在的技术选择。”康明斯副总裁、发动机事业部总工程师白纳川（Jonathon White）认为。

挑战与机遇并存

事实上，氢内燃机的发展历史可以追溯到1997年。福特汽车在1997年启动氢内燃机的开发工作，搭载其2.0L氢气发动机的轿车车型在2001年发布；马自达在2003年发布了双燃料的Mazda RX-8 Hydrogen RE；宝马在2005年量产了基于宝马7系（E65）的12缸6L氢气/汽油双燃料发动机……

然而，当时由车企发起的氢内燃机革命似乎在2005年后经历了漫长的“雪藏期”，直到近年才重新回归各大车厂的视野：曼恩的第一台氢气内燃机原型机已经在实验室的台架上进行测试，道依茨的氢内燃机产品也已经可供预定；丰田在去年6月推出世界上首辆氢内燃机赛车后，于今年2月宣布开发氢燃料发动机，预计功率可达450马力（约330kW）。

这波由车企发动的氢内燃机探索为何消退后又回归？是什么给了氢内燃机“复出”的希望？

首先从氢内燃机的工作原理来看，氢内燃机与天然气发动机的零部件基本相似，包括缸体、曲柄、气缸盖、点火系统、安装部件等。

由于氢气自身的物理化学特点，氢燃料发动机空燃比控制、燃料喷射方式不同于天然气和汽油发动机。氢气更易燃，相比汽油发动机，氢燃料发动机更容易出现早燃、回火、爆震等问题，以及烧机油导致的氮氧化物大气污染排放等，是当时难以逾越的技术门槛。

此外，当年只有车企“孤军奋战”氢内燃机研发，存在储氢导致的续航时间短、氢能技术设施不完善导致的加氢难、供应链配套少等一系列问题。

如果说彼时的氢内燃机研发是各大车厂对于氢气这种高热值燃料的尝试，那么在当今全球绿色变革的大背景下，基于氢能的各路线动力解决方案的研发已经变成了车企和内燃机企业的迫切需求。

在近20年的时间里，氢能在车用领域的利用方式衍生出了氢燃料电池和氢内燃机两种技术路线，各有优缺点。

氢内燃机燃烧效率更低，续航、早燃、回火、爆震、污染物排放等问题仍待改进，但成本是目前的燃料电池价格的1/10甚至1/20。氢燃料电池相比氢内燃机化学能到机械能的能量转换效率更高，而且省去了内燃机中的机油润滑系统和散热系统，但各环节降本之路依旧漫长。

就目前量产车来看，氢燃料电池技术发展更迅速，我国已经进入了氢燃料电池汽车的示范推广阶段，促进了氢能基础设施的建设，以及氢能产业链的完善。这些也有利于氢内燃机的发展。

尤其对中重卡、船机、工程机械等高载荷和高功率密度应用来说，电动解决方案无法满足其运行要求，氢内燃机或可以为这些应用提供新的零碳解决方案。

从用户层面来看，由于外观、声音、工作方式都与大家熟悉的内燃机相似，且可靠性和耐用性可与柴油发动机相媲美。选择装配氢燃料发动机的车辆也是个不错的选择，可以避免投资一项全新技术引发潜在风险的担忧。

客观来看，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，已经引起了决策层、企业端、以及应用层面的重视。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。

（来源于高工氢电）

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