文｜光伏头条

2022年3月22日，清华大学车辆与运载学院先进发动机团队在氨氢发动机燃烧技术上取得新突破。利用氢气点火形成分布式燃气射流引燃氨混合气，实现了氨发动机的稳定运行。

3月28日，清华大学车辆与运载学院先进发动机团队与东风商用车公司联手在其龙擎DDi13重型车发动机上实现氨/柴燃料点火成功，属国内首台氨燃料重型车用发动机。

曾经被搁置很久的氢内燃机重燃发展曙光，让人们似乎看到了未来氢能在交通领域发展的一条新路。

氢内燃机与燃料电池有何不同？

很多人并不了解氢能内燃机和燃料电池发动机有何差别，甚至把两种技术混为一谈。但实际上这却是两种截然不同的技术。

所谓氢内燃机，本质就是内燃机，之所以叫“氢内燃机”，是因为它在内部燃烧时烧的是氢气。而其他内燃机基本上烧的是化石能源，比如汽油或者柴油。

燃料电池则是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。其技术路线更为复杂，涉及化学热力学、电化学、电催化、材料科学、电力系统及自动控制等学科的有关理论。

氢燃料电池车的反应是从氢气转变为电能，再由电能驱动让车运行起来。一个直接内燃机驱动，一个氢转换为电再驱动，从能量损耗的角度看，氢内燃机比氢燃料电池的能量损耗小。

最重要的一点，氢内燃机车和电完全不沾边，它的基础结构和燃油车一致，关键零部件和生产制造系统完全可以通用，比如：氢内燃机可与现有卡车变速箱系统相兼容，并能顺利接入行业现有的服务网络和运营设施。这样对于传统燃油车企来说，生产氢内燃机车的产线改造成本最小。

氢内燃机还有一个非常明显的优势是其强大的动力优势。对高载荷和高功率密度应用来说，电动汽车解决方案无法满足其运行要求，而燃料电池又不具备经济可行性。氢内燃机的出现可谓针对动力诉求强的用户提供了更有经济性的解决方案。

因何重启氢内燃机研发

氢内燃机实际上在人们研发内燃机的时候就被列入首选研究对象。但氢气的燃爆点比汽柴油低，试验过程中常常出现还未点火就被发动机高温给引爆的情况，而且受制于当时的储氢材料和设备限制，氢气体积太大、液化难度高，所以很快就被研发人员放弃了。

随着时间的推移，人们逐渐发现以前看似难以逾越的技术难题似乎是可以通过其他方式克服的。尤其是在石油价格上涨，油气供需关系紧张的情况下，人们又重启了对氢内燃机的研发。

各家车企的工程师夜以继日研发新技术，逐渐解决了氢内燃机的技术难题。比如在储氢领域，由于碳纤维等新型材料的运用，让高强度压缩气罐诞生了，汽车可以在保证安全的前提下携带更多的氢。喷水冷却和废气再循环技术，也让氢气提前引爆的问题得到了根本解决。

联合汽车电子高级系统开发专家苏建业介绍说：“增压技术的进步满足了氢能发动机对功率的需求，从以前的30kW/L提高到80kW/L，翻了一倍多。”国际能源/氢能汇（微信公众号：h2-2005）了解到，当前2.0L涡轮增压缸内直喷氢能发动机的功率、扭矩，与2.0L增压直喷汽油机相当。总体上，氢能发动机具备了量产的技术条件。

2006年，美国福特汽车公司的的V-10氢内燃机投入生产，2007年开发出氢内燃机公交车；

2007年，长安汽车与北京理工大学合作研究出PFI氢内燃机汽车。

2009年，北理工氢内燃机团队成功开发出中国第一辆氢内燃机轿车，并成功行驶超过1万公里。

2021年5月12日，在中国品牌博览会上，一汽红旗展出了氢气发动机车型。

2022年3月22日，福特氢燃料内燃机专利曝光，这具氢燃料引擎的Lambda值（过量空气系数）可超过2.00，远超过稀薄燃烧的1.00，在排废上更为洁净。

从上述氢内燃机的研发时间线可以看到，我们国家的氢内燃机研发速度几乎与国外一致，长期以来，在汽车领域，国外的先进技术一直压我们国家一头，实现弯道超车，或许可以是一个新赛道。

氢内燃机普及还缺什么？

从氢内燃机的发展现状，我们不难发现，其远未达到实现产业化的目标。那么氢内燃机实现普及，进而取代传统内燃机车究竟还缺什么条件？

首先一点是政策支持。虽然我们国家工信部在2021年8月10日在《对十三届全国人大四次会议第5736号建议的答复》中提到，下一步，将积极配合相关部门制定氢能发展战略，研究推动将氢气内燃机纳入其中予以支持。

此后无论是国家政策还是地方政策，对氢内燃机再难见到只言片语，但关于推广氢燃料电池车的相关政策却层出不穷。或许对于氢内燃机，我们只能寄希望于关于氢能技术的创新平台能得到政府部门在资金或者技术交流方面予以支持。

其次，除了政策支持外，很重要的一点是氢与空气混合气体燃烧与排放控制。因为氢分子小，渗透性又很强，如何保证其在喷射过程中的定时、定序、定量、稳定运行，避免回火异常燃烧也是一道难题。

氢内燃机的排放并不全是水，还有一定量的氮氧化物，对于这部分氮氧化物排放如何处理采用什么技术处理也是目前尚未研究清晰的一个问题。

另外就是，人们常常提到的“氢脆”问题，尤其是与氢接触的管线、阀门、喷嘴等设备材料如何避免避免“氢脆”问题需要反复试验。

而从先行的标准体系观察，氢内燃机尚未形成统一的标准体系，因此需要全国氢能标准化委员会、全国内燃机标准化委员会和全国汽车标准化委员会联合制定适应与氢内燃机应用的标准体系，只有先定好规矩，才能确保行业可以做大做强。

中国汽车工程学会理事长、中国工程院院士、清华大学教授李骏指出：“人类所使用的无碳燃料不仅是氢，还有其他燃料。氨氢融合一体化的新能源汽车可能将会是绝佳解决方案。氨氢能源融合，打造氢能运、储、供新体系，可以用于燃料电池和内燃机，更适合长途运输的商用车。”

清华大学车辆与运载学院先进发动机团队与东风商用车公司联手在其龙擎DDi13重型车发动机上实现氨/柴燃料点火成功，或许已经证明了李俊院士的观点，氢内燃机的试水已经从氨开始了。