曼恩:重卡不“重”，“氫”松上路

　　氫內(nèi)燃機(jī)牽引車

　　相較于氫燃料電池而言，氫內(nèi)燃機(jī)對(duì)氫能源的應(yīng)用更具優(yōu)勢(shì)，目前全球各大車企都在積極布局這一技術(shù)，曼恩當(dāng)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(tái)最新研發(fā)的氫內(nèi)燃機(jī)牽引車。

　　首先，什么是氫能源?

　　氫能源是目前行業(yè)公認(rèn)的新能源商用車未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，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(shì)的應(yīng)用方式，這就是氫內(nèi)燃機(jī)：將氫氣作為燃料直接噴射進(jìn)入氣缸進(jìn)行燃燒從而推動(dòng)活塞做功，與現(xiàn)有的柴油、天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理一致。

曼恩520馬力氫內(nèi)燃機(jī)牽引車{product_img=7033}

　　這款氫內(nèi)燃機(jī)重卡的型號(hào)為TGX 18.520H2，目前尚處于研發(fā)測(cè)試階段。該車搭載的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為H4576(H代表氫氣)，發(fā)動(dòng)機(jī)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(wú)需改動(dòng)其冷卻系統(tǒng)和動(dòng)力傳動(dòng)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(jìn)行簡(jiǎn)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(wú)小油箱，這是因?yàn)樗渴褂脷錃庾鳛槿剂希瑳](méi)有使用柴油或其他燃料進(jìn)行輔助燃燒，其技術(shù)已經(jīng)真正實(shí)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(jī)，直接使用氫氣進(jìn)行燃燒存在很多技術(shù)問(wèn)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(duì)于傳統(tǒng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)而言減少了85%—90%的污染物排放量，每千瓦時(shí)僅90克左右。但這種方法畢竟不是零排放，還無(wú)法達(dá)到氫內(nèi)燃機(jī)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(biāo)準(zhǔn)。

　　18.520H2搭載的氫內(nèi)燃機(jī)

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

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

　　從氫氣罐的壓力來(lái)看，曼恩在氫內(nèi)燃機(jī)重卡的燃料存儲(chǔ)、加注領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平。

　　5個(gè)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(jī)的制動(dòng)熱效率(BTE)為45%，已經(jīng)達(dá)到了很多柴油機(jī)的熱效率水平。由于氫氣燃燒火焰溫度可達(dá)到1430℃，遠(yuǎn)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(jī)的制動(dòng)熱效率(BTE)為44%。由此可見，曼恩在氫內(nèi)燃機(jī)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(duì)比曼恩主銷的D3876柴油機(jī)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(jī)與D3876柴油機(jī)的技術(shù)參數(shù)對(duì)比

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

　　降低壓縮比是因?yàn)闅錃馊紵鄬?duì)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(jī)的最大功率和最大扭矩雖然比D3876柴油機(jī)低了一個(gè)檔次，但已經(jīng)可以滿足大部分的重卡使用場(chǎng)景需求。

　　此外，由于氫內(nèi)燃機(jī)對(duì)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(dá)到99.9%以上，微量的雜質(zhì)會(huì)對(duì)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(qiáng)相關(guān)。

　　氫內(nèi)燃機(jī)由于是氫氣在氣缸內(nèi)直接燃燒，雜質(zhì)也會(huì)一同進(jìn)行燃燒，因此對(duì)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(jìn)一步論證。