[汽車之家 發(fā)動機技術]  隨著純電動車技術的不斷成熟，綜合性能不斷提升，傳統(tǒng)燃油車的市場在不斷萎縮。在過去的一段時間里，內燃機技術在很多消費者眼中已是一種接近淘汰的技術了。然而，新能源技術的突飛猛進式發(fā)展，使得內燃機技術又有了煥發(fā)第二春的可能。廣汽研究院的新型發(fā)動機采用了氨氣、甲醇和氫氣作為燃料，在國家大力發(fā)展氫能的戰(zhàn)略背景下，或許能在未來汽車動力系統(tǒng)中占據重要的一席之地。

　　在今年的廣汽科技日上，廣汽傳祺E9氫混版正式亮相，據稱該車是行業(yè)首款搭載氫氣發(fā)動機的氫混整車，氫能動力系統(tǒng)具備高壓縮比及爆震抑制技術，將為車輛提供強勁動力，氫耗低于1.4kg/100km，綜合續(xù)航將近600km。

● 氫能指的不僅僅是氫氣

　　豐田Mirai作為全球最先量產的氫能源汽車，采用了氫燃料電池技術。它的燃料是存儲在高壓氫氣罐中的氫氣。在媒體的鋪天蓋地的宣傳下，豐田Mirai的氫燃料電池技術一時間成為了氫能汽車最熱門的技術路線。實際上，氫能不止氫氣一種，采用氫氣作為原料制備的甲醇和氨氣也屬于氫能范疇。

　　利用綠氫合成的甲醇和氨氣，從某個意義上來說也屬于是環(huán)保燃料。相比氫氣，甲醇和氨氣在運輸上的突出優(yōu)勢，能夠大大降低其終端售價。

　　在這樣的背景下，甲醇和氨氣等利用綠氫制備的物質便可看成是氫氣的載體，極大地降低儲運成本，成為氫能大規(guī)模商業(yè)化的一種可行思路。氨氣在常溫加壓的情況下就可以液化，有利于實現高密度氫能儲運；而甲醇在常溫常壓下就是液態(tài)，儲運成本會比氨氣更低。

● 甲醇和氨氣發(fā)動機不是零排放，但促成了碳中和

　　甲醇完全燃燒產物為二氧化碳和水，燃燒不充分時產生一氧化碳（可利用三元催化器催化轉換為二氧化碳）。所以甲醇燃燒和汽油燃燒一樣，都會產生二氧化碳這種溫室氣體的。所不同的是，由綠氫制備的甲醇是一種可再生能源。

　　由于氨氣的制備需要氮氣，發(fā)動機燃燒氨氣后生成氮氣，所以理論上不會改變大氣中氮氣的總量，也屬于環(huán)�？稍偕�燃料范疇。

● 氫氣、氨氣、甲醇發(fā)動機各有怎樣的特點？

　　針對普通消費者關心的問題，我們從動力性、制造成本以及系統(tǒng)小型化程度這三個方面去看看這三種新型發(fā)動機。首先從動力性來看，甲醇發(fā)動機≈氫氣發(fā)動機>氨氣發(fā)動機。這個比較好理解，采用燃燒速度越快的燃料，發(fā)動機動力性能也就越強。

　　而甲醇發(fā)動機要面臨的問題是燃料在燃燒過程中會產生甲酸，這種物質會引起金屬零件的腐蝕問題，所以需要對相關金屬零件（如甲醇噴射器）進行獨特的防腐涂層處理。氫氣在一定條件下有可能對金屬具有腐蝕性，導致金屬產生氫脆或者氫腐蝕，零部件（如氫噴射器）需要選擇合適的材料、防氫脆處理、表面涂層保護、控制氫氣環(huán)境等。

　　同時，氫氣對金屬的腐蝕性也需要采取對應的措施來避免，增加了制造成本。甲醇發(fā)動機的燃料存儲與供給系統(tǒng)與汽油發(fā)動機類似，這方面成本增加不多，但發(fā)動機燃燒過程中產生的甲酸腐蝕現象需要特殊的金屬防腐涂層應對，增加了發(fā)動機零部件的制造成本。對于氨氣發(fā)動機，其儲氨容器制造成本介于儲氫容器和傳統(tǒng)汽油油箱之間。氨氣發(fā)動機的成本主要增加在其特殊的預燃室和相關部件上面。

　　氨氣雖然也需要高壓容器存儲，但其內容物為液態(tài)氨，能量存儲密度大，體積會比儲氫罐更小。而甲醇可以在常溫下以液態(tài)方式存儲，所以其存儲容器與傳統(tǒng)汽油油箱類似，也可以做成不規(guī)則造型進一步提升空間利用率。從目前的的研究數據來看，在續(xù)航里程目標設定和車型大小相同的情況下，空間利用率由高到低的排序為甲醇發(fā)動機車型>氨氣發(fā)動機車型>氫氣發(fā)動機車型。

● 高低溫適應性和耐久性

　　氫氣發(fā)動機和氨氣發(fā)動機在高低溫適應性方面與汽油差異不大，而甲醇發(fā)動機由于燃料在低溫下汽化困難，不利于燃燒初期火焰的穩(wěn)定發(fā)展，在冷啟動方面存在一系列的挑戰(zhàn)。

　　氫氣發(fā)動機燃燒產生的水在低溫條件下容易結冰，因此可能存在停機前缸內殘留的水凝結在火花塞電極附近，導致下次冷啟動困難的潛在問題。對于氨氣發(fā)動機來說，低溫并不是其主控因素，氨氣燃燒火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷�，如何提升著火速度才是技術難點。

　　在極端情況下，只有在發(fā)動機長期低溫低負載工況運行時，才會出現燃燒產物水與機油相互摻雜，引起機油稀釋，進而引起機械摩擦副磨損，這種機油稀釋或機油乳化可能性在汽油發(fā)動機上同樣存在。在發(fā)動機設計過程中，廣汽已經有針對性措施避免此類問題的發(fā)生。

● 來看看廣汽新型發(fā)動機實物

　　目前，廣汽氫氣、氨氣以及甲醇發(fā)動機已經完成了樣機樣件試制，處于整機性能開發(fā)階段，只要市場環(huán)境準備好就能夠快速實現量產裝車。在廣汽研究院的展廳里陳列著它們最新研發(fā)出來的氫氣和氨氣發(fā)動機展具。甲醇發(fā)動機由于與傳統(tǒng)汽油發(fā)動機相似程度較高，展廳中并沒有展出。

■ 氫氣發(fā)動機

　　從該發(fā)動機的動力參數來看，它作為一款2.0T氫氣發(fā)動機，動力輸出相當于1.5T汽油發(fā)動機，44%的熱效率不輸目前主流的渦輪增壓汽油發(fā)動機。

　　GMC2.0混動專用變速箱屬于時下主流的雙電機串并聯(lián)構型，具備2個擋位，相比單擋位設計，能夠在動力性和燃料經濟性上取得更好的平衡。

　　目前制約氫氣發(fā)動機的并非燃料成本，而是加氫的便利度。在加氫站資源比較豐富的廣州，目前加氫站數目也只有30多個，很多還需要預約才能加氫，其它地區(qū)的加氫便利度更是有待提升。

　　來自氫氣罐的氫氣經過兩級減壓后會直接經過噴嘴噴入氣缸燃燒。相比起傳統(tǒng)汽油直噴發(fā)動機，省去了為汽油建立壓力的高壓油泵部件。

　　作為對比，燃料電池車上面的儲氫罐規(guī)格更高，會采用金屬內膽外用碳纖維纏繞的儲氫罐，耐壓達到70MPa。在未來，輕量化程度更高的高分子材料內膽外用碳纖維包裹的儲氫罐將在耐壓值不變的情況下，實現更高的輕量化水平。

■ 氨氣發(fā)動機

　　另一個展具展示的是氨氣發(fā)動機技術。廣汽的氨氣發(fā)動機同樣采用了2.0L排量直列四缸的設計，進氣形式為渦輪增壓。

　　于是在這個預燃室上就需要一個單獨的汽油噴嘴，火花塞的電極也暴露在預燃室內而非氣缸內。除了這個特殊的汽油噴嘴，這款展示樣機上還帶有常規(guī)的氨氣歧管噴射噴嘴以及缸內直噴噴嘴。

　　雖然這是一款氨氣發(fā)動機，但是它上面的很多技術配置都是和汽油發(fā)動機類似的，這也是其制造成本較低的一個重要原因。

　　氨氣在一般環(huán)境中的可燃性遠不及甲醇和氫氣，但氨氣是一種刺鼻氣體，對人體是有害的。所以與氫氣、甲醇燃料供給系統(tǒng)一樣，氨氣供給系統(tǒng)中也會設置相應的氣體濃度傳感器以及氣體壓力傳感器，實時偵測系統(tǒng)是否存在氣體泄露的情況。不過就現階段而言，我國對于整車上的氫氣、甲醇以及氨氣的泄露檢測尚未有統(tǒng)一的國標，遵循的是企業(yè)內部標準。搭載這些新型發(fā)動機的車型要真正落地還需要法律法規(guī)以及標準的進一步完善。

● 全文總結：

　　目前廣汽在新型發(fā)動機領域的技術儲備明顯要領先于市場和基礎設施配套。這些新型發(fā)動機都有各自的技術難點需要攻克，可幸的是，這些技術難點都有成熟的解決方案，所以不存在太多的不確定性。只要時機合適，這些新型發(fā)動機都能在短時間內裝車實現量產。但采用氫氣、氨氣以及甲醇作為燃料的三種發(fā)動機，究竟哪種能最先成為市場的主流目前還不好說，這很大程度取決于國家政策的支持以及氫能產業(yè)的發(fā)展情況。屏幕前的各位覺得未來哪種新型發(fā)動機能夠脫穎而出呢？不妨在評論區(qū)留言，分享你的觀點！（圖/文/攝/汽車之家 常慶林）