氫內(nèi)燃機(jī)的案例
西港又出新技術(shù)：氫內(nèi)燃機(jī)可在重型卡車中燃燒氫氣
就因?yàn)檫@點(diǎn)兒柴油，氫內(nèi)燃機(jī)還得帶一個(gè)小型柴油箱和后處理系統(tǒng)。西港正在想辦法消除對(duì)柴油引燃的需求，未來(lái)的氫內(nèi)燃機(jī)或許可以完全實(shí)現(xiàn)零碳排放，徹底擺脫掉柴油和后處理系統(tǒng)。
據(jù)了解，西港的H2 HPDI 演示卡車將于5月9日至12日在加利福尼亞ACT博覽會(huì)上展出。氫內(nèi)燃機(jī)這玩意兒到底中不中？到時(shí)候牽出來(lái)遛遛就知道了。
文章來(lái)源超級(jí)商用車
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加氫三分鐘續(xù)航700公里，氫燃料電池汽車才是未來(lái)？
而最近頻頻出現(xiàn)的氫能源是否能成為純電動(dòng)車的接班人，成為真正環(huán)保低碳出行的踐行者？氫能源又比純電動(dòng)車好在哪里？
真正的“0碳排放”！
關(guān)于能源我們通常用能量密度或者熱值來(lái)作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，密度越高則它所賦有的能量越大。從表格上可以看出，氫氣的密度最高達(dá)到143MJ/Kg，相比傳統(tǒng)能源的煤、汽油要高出3-4倍；而我們普遍認(rèn)為的新能源，三元鋰電池單位內(nèi)的能量密度僅是1/132值。
除了能量密度優(yōu)勢(shì)以外，氫氣由于元素結(jié)構(gòu)不含碳，所以燃燒后的產(chǎn)物不含碳一類的氣體（產(chǎn)物為水），也就真正滿足“0碳排放”的高清潔能源標(biāo)準(zhǔn)。
既然氫能源如此高效、環(huán)保，為何沒有廣泛被汽車企業(yè)所應(yīng)用，我想很大的一個(gè)原因是技術(shù)問題。相比已經(jīng)成熟的電池技術(shù)，氫能源的存在形式還需要一定時(shí)間的打磨。目前汽車領(lǐng)域比較常見的兩種應(yīng)用為：氫內(nèi)燃機(jī)汽車以及氫燃料電池汽車。
其中，氫內(nèi)燃機(jī)汽車是通過(guò)氫氣直接在發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸里燃燒，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能以驅(qū)動(dòng)汽車行駛，和傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)原理相似；而氫燃料電池汽車則是通過(guò)氫氣供入燃料電池經(jīng)過(guò)催化劑（鉑）催化產(chǎn)生電能，電能再供給電動(dòng)機(jī)以驅(qū)動(dòng)汽車行駛，屬于典型的電動(dòng)汽車。
而目前氫能源汽車的主流發(fā)展方面正是氫燃料電池汽車。氫燃料電池車的工作原理大致為，氫氣經(jīng)過(guò)電池的陽(yáng)極板在鉑的催化劑下電離出氫離子（質(zhì)子），在質(zhì)子交換膜的篩選下降氫離子和電子分別送達(dá)燃料電池的陰陽(yáng)兩極，其中電子也外電路產(chǎn)生電流供汽車使用，而氫離子則穿過(guò)陰極板與空氣中的氧原子重新結(jié)合為水。
與傳統(tǒng)汽車相比，燃料電池車能量轉(zhuǎn)化效率高達(dá)60~80%，為內(nèi)燃機(jī)的2～3倍。燃料電池的燃料是氫和氧，生成物是清潔的水，它本身工作不產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳，也沒有硫和微粒排出。因此，氫燃料電池汽車是真正意義上的零排放、零污染的車，氫燃料是完美的汽車能源！
加氫三分鐘續(xù)航700公里，量產(chǎn)還會(huì)遠(yuǎn)？
展開 以色列推出新型氫發(fā)動(dòng)機(jī)!
導(dǎo)讀：近日有消息稱，以色列Aquarius Engines推出新型氫發(fā)動(dòng)機(jī)，僅重10kg，并采用與最初獲得專利的單活塞線性發(fā)動(dòng)機(jī)相同的技術(shù)，但其不同之處在于該發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)需依賴氫燃料電池和化石燃料，僅靠氫氣即可運(yùn)行。
氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的氫氣燃燒速度比汽油快，響應(yīng)性好，具有優(yōu)異的環(huán)保性能，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)包括汽車的聲音和振動(dòng)在內(nèi)的“操控汽車的樂趣”。
據(jù)悉，以色列公司Aquarius Engines創(chuàng)立于2014年，旨在設(shè)計(jì)、研發(fā)和制造革命性的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品，目前已在全球注冊(cè)了約20項(xiàng)專利。其研發(fā)的技術(shù)在航空、船舶和汽車市場(chǎng)范圍擴(kuò)展等領(lǐng)域有更多的應(yīng)用，公司在以色列、德國(guó)和波蘭擁有制造和開發(fā)中心。
隨著世界各國(guó)政府準(zhǔn)備逐步淘汰化石燃料的使用，Aquarius Engines已成功測(cè)試了可替代傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的氫內(nèi)燃機(jī)，其輕巧的設(shè)計(jì)和獨(dú)特的氣體交換方法將大大減少排放并降低全球碳足跡。
直到奧地利工程公司AVL-Schrick成功進(jìn)行第三方測(cè)試之后，Aquarius Engines才正式公布其新型氫發(fā)動(dòng)機(jī)。測(cè)試表明，該原始AquariusEngine的改良版可完全依靠氫氣運(yùn)行。
Aquarius Engine董事長(zhǎng)GalFridman表示：“Aquarius Engine一直希望可以將氧氣吸入氫能技術(shù)中作為未來(lái)燃料。從最初的測(cè)試來(lái)看，新型氫發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)需昂貴的氫燃料電池，性價(jià)比較高、綠色環(huán)保且成本低，是全球運(yùn)輸和邊遠(yuǎn)能源生產(chǎn)所需的可持續(xù)解決方案。”
該10kg發(fā)動(dòng)機(jī)于2014年發(fā)明，旨在用作車輛上的車載發(fā)電機(jī)或獨(dú)立發(fā)電機(jī)。
展開 氫燃料電池汽車上檢測(cè)氫氣的傳感器介紹
氫燃料電池指的是氫通過(guò)與氧的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能的裝置（單純依靠燃燒氫來(lái)驅(qū)動(dòng)的“氫內(nèi)燃機(jī)”，也曾出現(xiàn)過(guò)，比如寶馬的氫能7系）。氫燃料電池車的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自于車上的電動(dòng)機(jī)就像純電動(dòng)車一樣，因此氫燃料電池車可以理解為一輛“自帶氫燃料發(fā)電機(jī)的電動(dòng)車”。
什么是終極清潔能源汽車？
現(xiàn)下我們對(duì)新能源汽車已經(jīng)不再陌生，以豐田普銳斯為代表的油電混合動(dòng)力車，以比亞迪秦為代表的插電式混合動(dòng)力車，以 BMW i3 為代表的增程式電動(dòng)車，還有以尼桑聆風(fēng) LEAF、特斯拉為代表的充電式純電動(dòng)車都在不斷滲透進(jìn)千家萬(wàn)戶。但新能源汽車可不止以上四類，比如氫燃料電池電動(dòng)車、甲醇汽車。
以氫燃料電池電動(dòng)車為例，國(guó)外技術(shù)已相當(dāng)成熟，它是一種使用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，以氫燃料經(jīng)電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電能為動(dòng)力源的新能源汽車。由于化學(xué)反應(yīng)后只生成水，排放接近于零，對(duì)比鋰電池類新能源汽車，消費(fèi)者沒有續(xù)航焦慮問題，無(wú)需改變使用習(xí)慣，加氫過(guò)程只需 5 分鐘，長(zhǎng)期使用后也沒有大容量電池報(bào)廢后帶來(lái)的污染問題，因此被稱為終極清潔能源汽車。
我國(guó)將在氫燃料電池汽車布局上面拉近與國(guó)外的差距？
在討論差距之前，我們先來(lái)了解一下歷史。如果說(shuō)電動(dòng)汽車的歷史可以追溯至 1834 年 Thomas Davenport 在美國(guó)制造出第一輛直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車的話，燃料電池汽車歷史也是相當(dāng)悠久的。1838 年，德國(guó)化學(xué)家克里斯提安·弗里德里希·尚班提出了燃料電池原理，20 世紀(jì) 60 年代，首次應(yīng)用在美國(guó)航空航天管理局的阿波羅登月飛船上，但受到技術(shù)與成本的限制，發(fā)展速度緩慢，一直停留在演示階段。
直到 2014 年，燃料電池技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，在以豐田等日本公司的大力推進(jìn)下，部分燃料電池汽車已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，比如豐田 Mirai（4 座，續(xù)航里程 500 公里）。
展開 
借奧運(yùn)之機(jī)，日本打樣氫能社會(huì)
然而，氫直接燃燒雖然不會(huì)產(chǎn)生溫室氣體，但仍會(huì)生成大量氮氧化物。
▲氫燃料電池/氫內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力車輛，均可采用類似這種“油q加注”方式進(jìn)行氫氣補(bǔ)充，但“油q”的接口遠(yuǎn)較燃油油q來(lái)的復(fù)雜
所以，日本企業(yè)當(dāng)前最主要的能源轉(zhuǎn)化手段，是利用氫燃料電池將氫氣和氧氣進(jìn)行作用生成電能，以便更高效利用。這也是目前東京奧運(yùn)會(huì)社區(qū)內(nèi)，住宅和車輛能源供應(yīng)的主要方式。
03
日本的氫能戰(zhàn)略
“日本總是點(diǎn)錯(cuò)科技樹”，這是近年來(lái)中國(guó)網(wǎng)絡(luò)社區(qū)內(nèi)流傳的一個(gè)著名哏。
在新能源汽車領(lǐng)域，堅(jiān)持采用氫能，走氫燃料電池路線，而非和中、美以及歐盟等主要經(jīng)濟(jì)體那樣，選擇以純電為主，似乎成為了日本“善于”點(diǎn)錯(cuò)科技樹方面，最新的“力證”。
▲有關(guān)日本“點(diǎn)錯(cuò)科技樹”這哏，目前已成為中國(guó)網(wǎng)絡(luò)社區(qū)內(nèi)對(duì)日本的主要刻板印象之一。
展開 “新氫年”的覺醒年代，將是中國(guó)汽車超越特斯拉的時(shí)代
于是，我們有了蔚來(lái)成為國(guó)內(nèi)電動(dòng)車品牌終端均價(jià)“第一高”，小鵬車機(jī)應(yīng)用和智能化口碑“第一好”……這些新勢(shì)力頭部品牌都以自己的成功打出了中國(guó)人的志氣。
▲ 氫能源是否可以成為中國(guó)的新賽道？
只是，比起汽車產(chǎn)業(yè)流水線、精益生產(chǎn)這種革命性的進(jìn)步，上述“戰(zhàn)役”級(jí)的勝利還不能完成戰(zhàn)略級(jí)目標(biāo)，我們何時(shí)能開啟新一輪產(chǎn)業(yè)革命？“氫電雙能”的沙龍智行SALOON帶來(lái)了曙光。
名稱寓意的“第一”。
沙龍SALOON從誕生之初，就和“開辟新局面”、“推陳創(chuàng)新”密不可分。它的名稱起源于17世紀(jì)意大利和法國(guó)，德?朗布依埃侯爵夫人舉辦了歷史上第一場(chǎng)沙龍，小說(shuō)和詩(shī)歌的文學(xué)交流前承文藝復(fù)興，后促資本主義萌芽。時(shí)至21世紀(jì)，無(wú)論是硅谷的University Cafe還是北京中關(guān)村的3WIM啡館，人工智能和虛擬現(xiàn)實(shí)的碰撞，都是先鋒創(chuàng)造力的催生地，以思辯交流推動(dòng)社會(huì)思潮的進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展的變革。
戰(zhàn)略高度的“第一”。
國(guó)家力量中堅(jiān)制造業(yè)，正在迎來(lái)第五次產(chǎn)業(yè)革命的契機(jī)。
前三次都是中國(guó)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于世界：第一次產(chǎn)業(yè)革命——蒸汽機(jī)的出現(xiàn)開啟工業(yè)化時(shí)代；第二次產(chǎn)業(yè)革命——蒸汽機(jī)和鋼鐵的發(fā)展開啟鐵路化時(shí)代；第三次產(chǎn)業(yè)革命——內(nèi)燃機(jī)的出現(xiàn)開啟傳統(tǒng)汽車時(shí)代。
隨著第四次工業(yè)革命的推進(jìn)，無(wú)論個(gè)體還是產(chǎn)業(yè)都受益于計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)出現(xiàn)所開啟的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，在此期間國(guó)力增強(qiáng)和產(chǎn)業(yè)彎道超車相輔相成。
展開 脫碳背景下船舶動(dòng)力裝置與系統(tǒng)的發(fā)展
清潔燃料的發(fā)展與動(dòng)力裝置的發(fā)展相輔相成，面向船舶應(yīng)用清潔燃料的發(fā)展需求，船舶動(dòng)力裝置與系統(tǒng)呈現(xiàn)出多元化的發(fā)展趨勢(shì)，除內(nèi)燃機(jī)外，燃料電池、鋰電池、混合動(dòng)力系統(tǒng)等新型動(dòng)力裝置與系統(tǒng)在船上的應(yīng)用越來(lái)越多。在實(shí)際應(yīng)用中，不同噸位、不同航程的船舶存在不同的加注和動(dòng)力需求，應(yīng)綜合考慮清潔燃料的能量密度和動(dòng)力裝置的輸出功率，為不同需求的船舶選擇合適的清潔燃料及相應(yīng)的動(dòng)力裝置。
1、
內(nèi)燃機(jī)
天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)主要有高壓和低壓兩種技術(shù)路線，高壓機(jī)型在熱效率、燃料品質(zhì)適應(yīng)性、甲烷逃逸控制、功率范圍等方面具有一定優(yōu)勢(shì)，低壓機(jī)型在NOx排放、供氣系統(tǒng)復(fù)雜程度及成本等方面表現(xiàn)較好。總體而言，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)基本趨于成熟，規(guī)模化應(yīng)用已成為可能，業(yè)界正在針對(duì)甲烷排放控制、動(dòng)態(tài)特性優(yōu)化等方面開展技術(shù)攻關(guān)。
甲醇-柴油雙燃料低速二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)已有成熟產(chǎn)品，并在甲醇運(yùn)輸船上投入應(yīng)用，基于柴油機(jī)改造的甲醇燃料中速機(jī)在國(guó)外車客渡輪上有一定應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，但仍有待進(jìn)一步發(fā)展，業(yè)界正針對(duì)滿足Tier III要求的NOx排放控制方案，以及甲醇、甲醛等非常規(guī)排放控制開展技術(shù)研發(fā)。
氫-柴油雙燃料內(nèi)燃機(jī)在小型客船上已開展試點(diǎn)應(yīng)用，兆瓦級(jí)氫-柴油雙燃料中速機(jī)目前處于研發(fā)階段，業(yè)界正在針對(duì)氫燃料點(diǎn)火能量低、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤臁⑷紵郎囟雀叩葐栴}，重點(diǎn)突破氫燃料燃燒控制、NOx排放控制等關(guān)鍵技術(shù)。
展開 長(zhǎng)時(shí)間滑行低溫推進(jìn)劑管理關(guān)鍵技術(shù)分析
IVF將互相獨(dú)立的子系統(tǒng)功能進(jìn)行集成，通過(guò)將貯箱內(nèi)氫氧推進(jìn)劑蒸氣與內(nèi)燃機(jī)技術(shù)結(jié)合，綜合管理箭上流體和能源，實(shí)現(xiàn)姿控、沉底、貯箱增壓以及發(fā)電等功能的一體化，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的肼姿控系統(tǒng)、氦增壓系統(tǒng)以及電源系統(tǒng)，適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間在軌任務(wù)。同時(shí)減小低溫末級(jí)系統(tǒng)質(zhì)量，提高運(yùn)載能力。
如圖17所示，集成流體管理系統(tǒng)主要包括氫泵、氧泵、換熱器、氫氣瓶、氧氣瓶、內(nèi)燃機(jī)、推力器等組件。其工作原理為：利用活塞泵從貯箱抽取液體推進(jìn)劑，通過(guò)換熱器得到溫度和壓力較高的氫氣、氧氣，用于貯箱增壓，代替氦增壓系統(tǒng)；利用氫氧內(nèi)燃機(jī)從貯箱氣枕引入氫氣、氧氣進(jìn)行燃燒，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，代替原電源系統(tǒng)；利用氫氧沉底發(fā)動(dòng)機(jī)與內(nèi)燃機(jī)的燃?xì)膺M(jìn)行沉底和姿態(tài)控制，代替原肼姿控系統(tǒng)。
如圖18所示，IVF模塊集中安裝在貯箱底部，代替了傳統(tǒng)低溫末級(jí)的多種功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、干重小、任務(wù)適應(yīng)性強(qiáng)，理論上具有以下優(yōu)勢(shì)：
1）將氫氧蒸氣回收利用，減少了推進(jìn)劑浪費(fèi)。
2）將傳統(tǒng)低溫末級(jí)互相獨(dú)立的系統(tǒng)功能進(jìn)行集成，減小了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)質(zhì)量以及推進(jìn)劑安全余量，提高了運(yùn)載能力。
3）利用內(nèi)燃機(jī)燃?xì)鈱?shí)現(xiàn)連續(xù)沉底，減小液體推進(jìn)劑與貯箱壁面接觸面積，降低蒸發(fā)損失；同時(shí)質(zhì)心穩(wěn)定，利于姿態(tài)控制。
4）IVF的組件多為成熟工業(yè)產(chǎn)品，降低了設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、測(cè)試難度，成本低且安全可靠。
5）拓展了低溫末級(jí)的滑行時(shí)間，任務(wù)適應(yīng)性強(qiáng)。
6
結(jié)束語(yǔ)
目前，以通用半人馬座為代表的國(guó)際先進(jìn)氫氧末級(jí)已具備6h以上的在軌滑行能力，正在研制的ACES將具備數(shù)周的在軌運(yùn)行能力，而我國(guó)目前的技術(shù)方案僅能適應(yīng)千秒級(jí)的滑行任務(wù)。
為提高運(yùn)載能力和任務(wù)適應(yīng)性，我國(guó)也提出了未來(lái)先進(jìn)低溫末級(jí)長(zhǎng)時(shí)間在軌滑行及多次起動(dòng)的發(fā)展規(guī)劃。
展開 長(zhǎng)時(shí)間滑行低溫推進(jìn)劑管理關(guān)鍵技術(shù)分析
IVF將互相獨(dú)立的子系統(tǒng)功能進(jìn)行集成，通過(guò)將貯箱內(nèi)氫氧推進(jìn)劑蒸氣與內(nèi)燃機(jī)技術(shù)結(jié)合，綜合管理箭上流體和能源，實(shí)現(xiàn)姿控、沉底、貯箱增壓以及發(fā)電等功能的一體化，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的肼姿控系統(tǒng)、氦增壓系統(tǒng)以及電源系統(tǒng)，適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間在軌任務(wù)。同時(shí)減小低溫末級(jí)系統(tǒng)質(zhì)量，提高運(yùn)載能力。
如圖17所示，集成流體管理系統(tǒng)主要包括氫泵、氧泵、換熱器、氫氣瓶、氧氣瓶、內(nèi)燃機(jī)、推力器等組件。其工作原理為：利用活塞泵從貯箱抽取液體推進(jìn)劑，通過(guò)換熱器得到溫度和壓力較高的氫氣、氧氣，用于貯箱增壓，代替氦增壓系統(tǒng)；利用氫氧內(nèi)燃機(jī)從貯箱氣枕引入氫氣、氧氣進(jìn)行燃燒，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，代替原電源系統(tǒng)；利用氫氧沉底發(fā)動(dòng)機(jī)與內(nèi)燃機(jī)的燃?xì)膺M(jìn)行沉底和姿態(tài)控制，代替原肼姿控系統(tǒng)。
如圖18所示，IVF模塊集中安裝在貯箱底部，代替了傳統(tǒng)低溫末級(jí)的多種功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、干重小、任務(wù)適應(yīng)性強(qiáng)，理論上具有以下優(yōu)勢(shì)：
1）將氫氧蒸氣回收利用，減少了推進(jìn)劑浪費(fèi)。
2）將傳統(tǒng)低溫末級(jí)互相獨(dú)立的系統(tǒng)功能進(jìn)行集成，減小了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)質(zhì)量以及推進(jìn)劑安全余量，提高了運(yùn)載能力。
3）利用內(nèi)燃機(jī)燃?xì)鈱?shí)現(xiàn)連續(xù)沉底，減小液體推進(jìn)劑與貯箱壁面接觸面積，降低蒸發(fā)損失；同時(shí)質(zhì)心穩(wěn)定，利于姿態(tài)控制。
4）IVF的組件多為成熟工業(yè)產(chǎn)品，降低了設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、測(cè)試難度，成本低且安全可靠。
5）拓展了低溫末級(jí)的滑行時(shí)間，任務(wù)適應(yīng)性強(qiáng)。
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