柴油机能否逆天改命：卡车氢内燃机（H2-ICE）发展现状概述

目前的电池电动和燃料电池技术尚未准备好满足许多重型车辆在恶劣条件下（尤其是非铺装道路）所需的高功率要求，例如采矿卡车。而氢内燃机（H2-ICE）恰恰适用于这些应用场景。

/氢内燃机（H2-ICE）的优劣/

动力传动系统技术在高负载下表现不同，氢内燃机效率略高于氢燃料电池和柴油机。

氢气和生物燃料/合成燃料可以在与当今柴油发动机基本相同的简单内燃机中燃烧。事实上，由于废气处理要求较低，它们可能比柴油发动机更便宜（尽管需要进一步研发以开发该技术）。

氢燃烧示意图

氢内燃机（H2-ICE）的优点包括：使用绿氢时可实现二氧化碳零排放；使用蓝氢时有一定二氧化碳排放、采用SCR后处理时可控制NOx排放水平、原理及结构类似柴油机但需要储氢罐、与传统柴油机尺寸相当、较低的有效载荷损失和空间要求、加氢时间15-30分钟（储氢量影响）、较低的成本、较高的热和振动耐受性。

氢内燃机（H2-ICE）的缺点包括：有NOx排放、发动机需要适当变更、增加储氢罐、需要氢分配和加注基础设施支持。

H2 ICE仍会排放氮氧化物（NOx），需要进行类似于柴油发动机的后处理（生物燃料和合成燃料排放NOx和颗粒物）。一些H2 ICE生产商认为，发动机的运行条件允许比柴油发动机低得多的NOx生成，因此可以认为是零影响。

氢内燃机可以利用现有发动机产品及技术，但仍需要做出一些适应性变更（如下图所示）。

柴油机及燃气机转变为氢内燃机所需的变更

除了上述优势之外，氢内燃机（H2-ICE）还为汽车原始设备制造商和零部件供应商提供了其他优势。

/氢内燃机（H2 ICE）的适用场景/

H2-ICE可以在多种应用中发挥作用，为FCEV和BEV提供补充解决方案。尤其是重型卡车和其他高负荷应用，如采矿、海运和铁路。

H2-ICE的优势包括较低的有效载荷损失和空间要求，比BEV卡车更快的补能时间，较低的成本，以及较高的热和振动耐受性。各种车辆细分市场可以从这些优势中受益，包括：

· 轻型车辆，如拖车；

· 中型车辆，如中型运输车和消防车；

· 重型车辆，如混凝土卡车；

· 采矿和施工车辆，如履带式推土机、挖掘机和自卸卡车；

· 农业车辆，如收割机械和拖拉机。

/卡车用氢内燃机（H2 ICE）开发动向/

包括汽车原始设备制造商、发动机供应商、工程服务公司和H2-ICE初创公司在内的一些公司已经开始研究氢内燃机，作为其公路和非公路零排放解决方案的一部分。

主要卡车OEM厂商及发动机厂商氢内燃机近期动向：

· 曼恩的第一台氢气内燃机原型机已经在试验室台架上进行测试；

· 斯堪尼亚正在开展HPDI氢内燃机研究。

· DAF正在测试氢内燃机车辆原型。

· 沃尔沃已有船用氢内燃机，亦可用于卡车。

· 道依茨的氢内燃机产品已可供预定，2024年将量产；

· 康明斯正在测试中、重型氢内燃机；

· Westport、AVL、FEV已在进行氢内燃机或系统开发；

· 玉柴2021年12月氢内燃机成功点火；

· 潍柴多年之前已经布局氢气内燃机技术；

· 一汽表示氢能发动机和氢燃料电池将构成一汽集团氢能战略的两大组成部分。2021年4月14日，一汽集团首台氢能发动机点火仪式在北京理工大学举行。

当然，也有一些其他卡车品牌在氢燃料卡车方面更为谨慎。梅赛德斯-奔驰和依维柯都计划未来交付氢燃料电池卡车。

/达夫（DAF）测试氢内燃机卡车/

DAF拥有“H₂创新卡车（H₂ Innovation Truck）”，是迄今为止唯一一款依靠氢气内燃机（H2-ICE）运行的卡车。位于Sint-Oedenrode的DAF试车场上的H型卡车主要是一个示范原型。在最初的五年内，它肯定不会上市。尽管如此，DAF仍然相信这种动力可以为长途无排放运输提供解决方案。

这台目前正在测试中的达夫XF氢内燃机卡车采用了一台改装过的PACCAR MX-13发动机，车桥和变速箱采用新一代达夫XF卡车的标配。

底盘左侧原用于安装柴油油箱的位置是数个尺寸巨大的液氢罐体，采用了复合碳纤维储氢罐。

/斯堪尼亚开展HPDI氢内燃机研究/

2021年1月22日，斯堪尼亚（Scania）公司宣布与加拿大Westport燃料系统公司合作开展研究，尝试在最新的Scania内燃机（ICE）上应用氢气高压直接喷射（HPDI）2.0燃料系统。初步测试结果原计划可能会在2021下半年公布。斯堪尼亚预计需要相当长的时间才能看到最终结果。

/曼恩计划2021年推出氢气内燃机原型车/

曼恩（MAN）公司不仅仅探索氢燃料电池技术路线，同时也正在纽伦堡进行氢内燃机测试，正像同在Traton旗下斯堪尼亚公司一样，MAN也在研制氢内燃机。目标是2021年内开始对氢燃料内燃机原型车进行场地测试。

曼恩在纽伦堡测试氢内燃机-测试台架上的氢气燃料发动机

/沃尔沃 D13氢内燃机/

沃尔沃集团已开发了新型氢内燃机Volvo Penta D13-1000hp (2300RPM):

适用于船员转运船、巡逻艇、发电机组、卡车、重型（采矿）车辆等。

D13的年产量为85000台，最新喷射技术采用了双涡轮和钢活塞。

Volvo Penta D13氢内燃机

/康明斯加速开发中、重型氢内燃机/

康明斯（Cummins）公司正在开发氢内燃机（ICE）X15发动机以及6.7升中型发动机。新的15升平台有可能为车辆总重高达44吨的长途卡车和其他重型应用卡车提供氢气燃料发动机能力。6.7L氢发动机的计划开发将集中于中型卡车、公共汽车和建筑应用，如挖掘机和轮式装载机。

2021年7月，康明斯宣布开始测试氢燃料内燃机。概念验证测试是建立在康明斯现有的气体燃料应用技术和动力系统基础之上，目标是创造一个新的动力解决方案。在概念验证测试之后，该公司计划在各种公路和非公路应用中对发动机进行评估。

2021年9月，康明斯公司宣布其H2-ICE氢燃料内燃机计划（H2-ICE ：hydrogen-fueled internal combustion engine program）开始开发中型6.7升和重型15升氢燃料发动机。

康明斯H2-ICE测试

康明斯对将此解决方案推向市场持乐观态度。康明斯正在加快H2-ICE项目的步伐，以确保康明斯在这项令人振奋的新技术方面继续保持领先地位。康明斯全球技术中心将共同努力，在全球范围内实现H2-ICE项目的商业可行性。

/Westport 将HPDI燃气技术应用于氢内燃机/

Westport公司2021年3月10日确认成功启动并试验了其使用该公司专利和专有高压直接喷射（HPDI）2.0的新发动机系统，一种使用氢燃料的全新重型内燃机。

2021年7月8日，Westport公司宣布将与AVL和TUPY合作，提高氢内燃机的效率和燃料消耗。合作的目标是将先进的材料和铸造技术与使用高压直接喷射（HPDI）的最新内燃机技术相结合，从而利用氢作为车辆的能源载体。主要成果预计将在2022年初实现。

/AVL开发氢内燃机/

AVL在2021年与Graz理工大学合作，成功地完成了AVL氢发动机的开发。

一个意大利公司联盟H2-ICE旨在促进使用氢气驱动公共交通车辆。在这个联盟中，Punch Torino和AVL Italia已经开始开发氢内燃机。未来，H2-ICE计划将其行动领域扩展到其他应用领域，加快发展替代生态资源的使用。

/FEV氢内燃机/

FEV氢内燃机

FEV氢测试台架（CMP）

/玉柴氢内燃机成功点火/

玉柴股份发布 “1235”战略规划,内容包括进入燃氢发动机、氢燃料电池动力等新能源动力等新领域。

玉柴K05N燃氢发动机点火现场

玉柴2021年12月研发出燃氢发动机YCK05N并成功点火运行,而面向重卡领域的YCK15N燃氢发动机，也会在2022年上半年实现点火且稳定运行。

/一汽/

一汽表示氢能发动机和氢燃料电池将构成一汽集团氢能战略的两大组成部分。

2021年4月14日，一汽集团首台氢能发动机点火仪式在北京理工大学举行。北京理工大学发动机研究所氢燃料内燃机团队，将协助一汽完成下一步的项目开发与试验；

/潍柴/

潍柴在投资者互动平台表示，多年之前，已经布局氢气内燃机技术，目前正在按计划进行技术研发。

氢内燃机属于未来吗？

氢内燃机可以利用现有技术，为特定用例提供零排放选项，同时支持氢基础设施的发展。氢发动机项目有可能扩大现有的技术选择，以实现更可持续的运输部门，补充在氢燃料电池、电池电力和可再生天然气动力系统方面的能力。

所有进一步发展的速度都取决于绿色氢气的可用性。使用燃煤发电站产生的氢气是没有意义的，此外还必须建立适合重型车辆的加氢网络。

那么问题来了，内燃机能因氢内燃机而逆天改命吗？