【原】內(nèi)含全面報道視頻！豐田搭載氫燃料發(fā)動機(jī)的“卡羅拉運(yùn)動版”挑戰(zhàn)24小時耐力賽

AIpatent 2022-09-23 發(fā)布于上海

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摘要：近年來，豐田汽車公司一直致力于氫燃料發(fā)動機(jī)技術(shù)的研究開發(fā)，并且已宣布將以搭載有氫燃料發(fā)動機(jī)的“卡羅拉運(yùn)動版”為基礎(chǔ)的賽車挑戰(zhàn)富士24小時耐力賽，以進(jìn)一步完善氫燃料發(fā)動機(jī)技術(shù)，促進(jìn)氫能源的活用，實現(xiàn)碳中和社會。

關(guān)鍵字：氫燃料發(fā)動機(jī)、燃料電池汽車（FCV）、高壓氫氣罐、可再生能源氫、碳中和、24小時耐力賽

世界上第一輛搭載氫燃料發(fā)動機(jī)的賽車

（照片：豐田全球新聞室）

4月28日是即將舉辦的富士24小時耐力賽的官方練習(xí)日，這天早上，在富士賽道盡頭的一個維修站內(nèi)，一輛賽車正在穩(wěn)步而順利地進(jìn)行著發(fā)車前準(zhǔn)備，實際上這將是該賽車首次試運(yùn)行。其正是以搭載有氫燃料發(fā)動機(jī)的“卡羅拉運(yùn)動版”為基礎(chǔ)的賽車，于4月22日由豐田汽車公司的豐田章男社長以及GAZOO Racing公司總裁佐藤恒治在記者招待會上突然宣布。

在豐田，一提到氫氣，首先想到的燃料電池汽車（FCV），是一種利用高壓罐內(nèi)儲存的氫與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能，并由電動機(jī)驅(qū)動的車輛。與之相對的是氫燃料發(fā)動機(jī)，其將氫氣和汽油等一樣作為燃料，通過內(nèi)燃機(jī)燃燒使用。

從豐田社長提出“參加比賽吧”口號開始?xì)v經(jīng)4個月的準(zhǔn)備

氫燃料發(fā)動機(jī)的技術(shù)本身已經(jīng)被許多制造商以及科研院所研究了多年。據(jù)說豐田公司內(nèi)部也將其作為現(xiàn)有技術(shù)開發(fā)的一部分進(jìn)行了研究，實際上，也制造出了測試車輛，并取得了牌照。而用于參賽的念頭始于去年年底，當(dāng)時參與了車輛測試的豐田章男社長提出“用它來參加比賽吧”。以此為契機(jī)，僅用時四個月就做好了參賽的準(zhǔn)備。

這是與豐田“在技術(shù)完美實現(xiàn)之前不問世”的傳統(tǒng)觀念完全相反的做法，從產(chǎn)生念頭到實現(xiàn)僅用時4個月也是通常無法想象的速度，佐藤總裁表示：“這就是現(xiàn)在的豐田”?，F(xiàn)在的豐田，具體說是豐田章男社長就任以來，公司形象發(fā)生了重大變革。

氫燃料發(fā)動機(jī)的主體是GR Yaris上搭載的直列3缸1.6升渦輪增壓單元，據(jù)說除了專用的噴油器和配管外，它幾乎與商用車相同。如果專門研究氫燃料發(fā)動機(jī)的話，則可能會采取不同的方案，例如更改燃燒室的形狀等，但是此次豐田的目標(biāo)是盡可能低的成本，因此有意采用了這樣的形式。

之所以選擇車身基于“卡羅拉運(yùn)動版”而不是“GR Yaris”，技術(shù)層面的理由是為了獲得高壓氫氣罐的搭載空間。在本來后座所在的地方，拉伸的防滾架的對面的CFRP支架上，固定安裝四個高壓氫氣罐。四個氫氣罐樣式采用市售的燃料電池汽車——“MIRAI”的2號高壓氫氣罐，兩個保持原樣，兩個縮短長度，總?cè)萘繛?.34kg。MIRAI的儲氫容量為5.6kg，因此相比而言該賽車可存儲的氫燃料量相當(dāng)大。

（照片：豐田全球新聞室）

高壓氫氣罐固定在堅固的CFRP支架上，與前排座椅完全隔離，并且車頂設(shè)有通風(fēng)孔，以防氫氣泄漏。氫氣罐全部都安裝在軸距內(nèi)側(cè)也是為了在發(fā)生碰撞時最大程度地確保安全性。據(jù)說這一區(qū)域的設(shè)計及安全相關(guān)的要求是與FIA（國際汽聯(lián)）等協(xié)商后決定的。對于世界上第一輛搭載氫燃料發(fā)動機(jī)的賽車，F(xiàn)IA也很感興趣。

（照片：豐田全球新聞室）

當(dāng)然，關(guān)于本次的參賽，豐田事先也與JAF（日本自動車連盟），以及關(guān)于填充氫氣的移動加氫站等相關(guān)事項與富士賽道場地方進(jìn)行了密切協(xié)商。此外，本次參賽的級別——“ST-Q”本身也是超級耐力賽系列為新開發(fā)車輛提供試車機(jī)會而專門設(shè)立的。如果把所有這些開發(fā)、談判都考慮在內(nèi)，準(zhǔn)備工作仍然僅用時4個月，不得不為豐田的速度驚嘆不已。

先行一步的BMW和馬自達(dá)均以失敗告終

那么，該氫燃料發(fā)動機(jī)性能到底如何呢？BMW和馬自達(dá)都曾經(jīng)致力于氫燃料發(fā)動機(jī)開發(fā)，但都以失敗告終。其主要原因是功率和續(xù)航距離。

2006年限量發(fā)售的寶馬Hydrogen 7搭載了V型12缸6L發(fā)動機(jī)，該發(fā)動機(jī)可同時使用汽油和氫氣，并由液態(tài)氫驅(qū)動，但氫氣模式下的最大輸出功率為260PS，而且續(xù)航距離只有200km。同一時期，馬自達(dá)租賃出售的RX-8 Hydrogen RE搭載了自吸式轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)，可以同時使用汽油和氫氣，但汽油模式下的最大輸出功率為210PS，氫氣模式下僅為109PS，續(xù)航距離也僅有100km。

令人驚訝的是，據(jù)說豐田的氫燃料發(fā)動機(jī)的功率和扭矩已經(jīng)達(dá)到幾乎與普通發(fā)動機(jī)同等的水平，最大輸出功率可達(dá)272PS。雖然與汽油發(fā)動機(jī)排量同等情況下，氫氣產(chǎn)生的熱量小，但如果具有渦輪的話，可以不斷地吸入空氣和氫氣以獲取動力。另外，由于氫氣容易點燃并可以高速燃燒，因此具有出色的響應(yīng)性，并且可產(chǎn)生較大扭矩。

易點燃、可快速燃燒的氫燃料發(fā)動機(jī)。對于過度燃燒問題，豐田公司積累的直噴技術(shù)可解決。

（照片：豐田全球新聞室）

過度燃燒是一個問題，其是指在內(nèi)燃機(jī)中，在點火塞點火之前意外點火，即早燃現(xiàn)象。對此，開發(fā)團(tuán)隊表示，豐田公司迄今為止培養(yǎng)的直噴技術(shù)極大地幫助解決了這個問題。必要的時候，只用必要的量，向必要的地方噴射燃料，這樣氫氣的燃燒潛力就能夠充分發(fā)揮出來。

另外，關(guān)于此次賽車在富士賽道的圈速，通過手動測量是2分4～2分5秒左右，這和本田“Fit”、馬自達(dá)“Road Star”等ST-5級的車輛幾乎相同?？紤]到車的重量大幅度增加，以及是第一次試車，不能在全油門下行駛等因素，可以說速度足夠快了。

進(jìn)站次數(shù)接近競爭對手的2到3倍？

另外，還有一大問題是燃料消耗量。氫氣與汽油相比，其能量大，但能量密度低，因此需要較大的油箱容量，但是即便如此，此次賽車的連續(xù)可行駛?cè)?shù)也僅有12~13圈左右。換句話說，一次充滿氫氣只能行駛不到30分鐘。因為比賽是24小時，所以簡單計算的話，進(jìn)站加氫次數(shù)要超過48次，是對手的2~3倍。但是，豐田章男社長在記者會上表示“看來這將是維修站的一次耐力賽”，因此這個因素應(yīng)該已經(jīng)被考慮在內(nèi)了。

（照片：豐田全球新聞室）

關(guān)于燃料消耗量，今后仍有很大的提高空間。由于氫氣易于點燃，因此容易稀薄燃燒，從而空氣剩余量可達(dá)到汽油發(fā)動機(jī)的5~6倍。目前還沒有涉及到這一點，因此可以認(rèn)為該發(fā)動機(jī)還有很大的發(fā)展空間。

當(dāng)前的氫燃料發(fā)動機(jī)在投放市場之前仍需要不斷開發(fā)完善。而此次豐田參與到24小時耐力賽中，可以看出豐田章男社長深知賽車賽事對于促進(jìn)汽車技術(shù)開發(fā)的重要性。

（照片：豐田全球新聞室）

實現(xiàn)碳中和存在多種途徑

此次豐田的參賽意味著，碳中和的實現(xiàn)可存在多種途徑。碳中和只是一個目標(biāo)，如果實現(xiàn)該目標(biāo)，應(yīng)該采取各種手段；但現(xiàn)實情況是，當(dāng)前輿論做出了汽車的EV化才是真正道路的錯誤引導(dǎo)。氫燃料發(fā)動機(jī)有望成為另一種選擇。將來，氫燃料發(fā)動機(jī)汽車將使用福島縣浪江町的福島氫能源研究基地生產(chǎn)的可再生能源氫氣。