氫內(nèi)燃機牽引車

　　相較于氫燃料電池而言，氫內(nèi)燃機對氫能源的應(yīng)用更具優(yōu)勢，目前全球各大車企都在積極布局這一技術(shù)，曼恩當然也積極響應(yīng)。在2023卡車技術(shù)節(jié)上，曼恩便展示了一臺最新研發(fā)的氫內(nèi)燃機牽引車。

　　首先，什么是氫能源?

　　氫能源是目前行業(yè)公認的新能源商用車未來發(fā)展趨勢，并且各大企業(yè)都推出了氫燃料電池商用車。

　　但是氫能源還有另外一種更具優(yōu)勢的應(yīng)用方式，這就是氫內(nèi)燃機：將氫氣作為燃料直接噴射進入氣缸進行燃燒從而推動活塞做功，與現(xiàn)有的柴油、天然氣發(fā)動機工作原理一致。

曼恩520馬力氫內(nèi)燃機牽引車{product_img=7033}

　　這款氫內(nèi)燃機重卡的型號為TGX 18.520H2，目前尚處于研發(fā)測試階段。該車搭載的發(fā)動機型號為H4576(H代表氫氣)，發(fā)動機熱效率45%，排量16.8升，最大功率520馬力，最大扭矩2600牛米。

　　這款車型是在現(xiàn)有的MAN TGX 4×2車型基礎(chǔ)上開發(fā)的，無需改動其冷卻系統(tǒng)和動力傳動系統(tǒng)(變速箱、后橋)，以及懸架、車架的結(jié)構(gòu)尺寸。

　　由于氫氣和氧氣燃燒后形成水，只有少量的氮氧化物，因此后處理裝置可以進行簡化，這款車型的后處理體積比柴油卡車小了一半以上。

　　TGX 18.520H2的車架兩側(cè)均無小油箱，這是因為它全部使用氫氣作為燃料，沒有使用柴油或其他燃料進行輔助燃燒，其技術(shù)已經(jīng)真正實現(xiàn)了零排放。

　　值得一提的是，目前全球有多家企業(yè)和科研單位在研究氫內(nèi)燃機，直接使用氫氣進行燃燒存在很多技術(shù)問題，例如爆震等。

　　因此都采用一種折衷的辦法：加入少量比例的柴油與氫氣一起燃燒，大致為1:9，即柴油約占總?cè)剂系?0%，最終混合后的氫油混合物燃燒更加穩(wěn)定。

　　這種折衷的辦法相對于傳統(tǒng)柴油發(fā)動機而言減少了85%—90%的污染物排放量，每千瓦時僅90克左右。但這種方法畢竟不是零排放，還無法達到氫內(nèi)燃機設(shè)定的技術(shù)要求。

　　而曼恩TGX 18.520H2的二氧化碳排放小于1g/每千瓦，屬于零排放車型，排放滿足歐七標準。

　　18.520H2搭載的氫內(nèi)燃機

　　這款曼恩氫內(nèi)燃機重卡采用700bar壓力儲氫罐，共有5個氣罐布置在駕駛室后方。目前國際上應(yīng)用比較廣泛的車載儲氫瓶壓力等級主要有35Mpa(350bar)和70MPa(700bar)兩種。

　　加氫站的最高設(shè)計壓力等級也需要與加注車輛車載儲氫瓶的壓力等級相匹配：35MPa氫燃料電池車的加氫站站內(nèi)最高固定儲氫壓力一般為45MPa，70MPa氫燃料電池車的加氫站站內(nèi)最高固定儲氫壓力一般為90MPa。

　　從氫氣罐的壓力來看，曼恩在氫內(nèi)燃機重卡的燃料存儲、加注領(lǐng)域已經(jīng)達到了世界先進水平。

　　5個氫燃料氣罐固定在車身后部的托架上

　　另外，其搭載的H4576氫內(nèi)燃機的制動熱效率(BTE)為45%，已經(jīng)達到了很多柴油機的熱效率水平。由于氫氣燃燒火焰溫度可達到1430℃，遠高于柴油燃燒的溫度，所以氫氣燃燒后排出的高溫廢氣帶走了大量熱量，最終導(dǎo)致熱效率偏低。

　　根據(jù)相關(guān)資料，康明斯最新研發(fā)的一款15L氫內(nèi)燃機的制動熱效率(BTE)為44%。由此可見，曼恩在氫內(nèi)燃機的燃燒模型、燃料噴射策略等方面已經(jīng)取得了重要技術(shù)突破。另外，對比曼恩主銷的D3876柴油機的技術(shù)參數(shù)，H4576已經(jīng)具備了量產(chǎn)基礎(chǔ)。

　　H4576氫內(nèi)燃機與D3876柴油機的技術(shù)參數(shù)對比

　　由于H4576氫內(nèi)燃機的壓縮比相對于D3876柴油機有所下降，因此其氣缸最大壓力、功率、扭矩都會有所下降。

　　降低壓縮比是因為氫氣燃燒相對于柴油燃燒更加迅速，更容易引起爆震現(xiàn)象，所以需要更大的排量、更小的壓縮比，從而讓氫氣燃燒的能量緩慢釋放。

　　H4576氫內(nèi)燃機的最大功率和最大扭矩雖然比D3876柴油機低了一個檔次，但已經(jīng)可以滿足大部分的重卡使用場景需求。

　　此外，由于氫內(nèi)燃機對氫燃料純度的要求低于氫燃料電池，有利于降低后期使用成本。

　　目前氫燃料電池使用的氫氣純度要達到99.9%以上，微量的雜質(zhì)會對電池內(nèi)部貴金屬膜片的使用壽命造成影響，因此目前氫燃料商用車的氫氣都采用電解水、工業(yè)制氫后提純等，不能直接使用工業(yè)副產(chǎn)品的氫氣，而氫燃料的純度直接與成本強相關(guān)。

　　氫內(nèi)燃機由于是氫氣在氣缸內(nèi)直接燃燒，雜質(zhì)也會一同進行燃燒，因此對氫氣純度的要求有所下降。至于TCO如何，則需要大量的數(shù)據(jù)進一步論證。