第2站富士：液態(tài)氫燃料發(fā)動機(jī)汽車第二年的三重進(jìn)化！
續(xù)航里程是原來的1.5倍

目錄

?	進(jìn)化1：提高增壓泵的耐久性
?	進(jìn)化2：氫儲存罐的異形化
?	進(jìn)化3：CO?回收裝置
?	越過“氫能山”后的景象

“此前我們進(jìn)行了大量測試，把問題一個(gè)一個(gè)地解決了，最后終于進(jìn)入了正式的比賽。就在上周，我們又進(jìn)行了一次測試，沒有出現(xiàn)任何問題，Morizo先生也輕松順利地完成了駕駛。但令人遺憾的是，隨后車輛在正式比賽中出了問題......我不得不感嘆，耐力賽真是一個(gè)嚴(yán)酷的世界。”

在接受采訪時(shí)，石浦宏明車手惋惜地說了上述這番話，他同時(shí)也是搭載了液態(tài)氫燃料發(fā)動機(jī)的COROLLA（以下簡稱“液態(tài)氫COROLLA”）的32號車的車隊(duì)經(jīng)理。

“ＥＮＥＯＳ超級耐力系列賽2024 Empowered by BRIDGESTONE第2站——富士SUPER TEC 24小時(shí)耐力賽”的決賽于5月27日至5月28日舉行。

液態(tài)氫COROLLA完成了總計(jì)332圈（約1515km）的比賽，途中因制動系統(tǒng)等問題被迫進(jìn)入維修區(qū)9個(gè)小時(shí)。雖然最終完成了比賽，但它未能跑出去年358圈（約1634km）的成績。

在耐力賽的世界里，不到最后一刻，你永遠(yuǎn)不知道會發(fā)生什么。盡管對車隊(duì)來說，這是一個(gè)令人遺憾的結(jié)果，但今年液態(tài)氫燃料發(fā)動機(jī)汽車的進(jìn)化卻著實(shí)令人矚目。

這次進(jìn)化的要點(diǎn)可從三個(gè)方面進(jìn)行總結(jié)。

進(jìn)化1：提高增壓泵的耐久性

來自負(fù)責(zé)氫燃料發(fā)動機(jī)項(xiàng)目的GR車輛研發(fā)部的伊東直昭主查表示：“增壓泵是液態(tài)氫技術(shù)中最困難的部分，也是最薄弱的環(huán)節(jié)?！?/p>

在去年的富士24小時(shí)耐力賽中，液態(tài)氫COROLLA被有計(jì)劃地停止行駛了兩次，分別停了四小時(shí)和三小時(shí)。

在此期間進(jìn)行的工作是更換增壓泵，這是負(fù)責(zé)將液態(tài)氫從氫儲存罐中壓出的零件。

電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過曲柄裝置轉(zhuǎn)化為活塞的上下運(yùn)動，液態(tài)氫被增壓泵用約10MPa的壓力壓出。

此時(shí)，電機(jī)的扭矩和與之對抗的壓力會損壞曲柄的齒輪等零件，使其耐久性降低，這便是去年出現(xiàn)的問題。

問題的根源在于電機(jī)只向曲柄的一側(cè)提供動力。為了提高增壓泵的耐久性，本次在保留了原來電機(jī)的基礎(chǔ)上，導(dǎo)入了名為“Dual-Drive”的曲柄部件（下圖中藍(lán)色和紅色的部分）。

如此一來，動力不再只作用于曲柄的單側(cè)，而是傳遞到兩端，從而減少了零件的扭曲變形，提高了耐久性。

伊東主查表示，雖然這只是增加了一套曲柄零件，是非常簡單的措施，但在對輕量化要求相當(dāng)嚴(yán)格的耐力賽中，“保持簡單是很重要的”。

這一舉措的效果非常明顯，在改良后的測試中，沒有發(fā)生一起增壓泵的故障。雖然比賽期間有長時(shí)間在維修區(qū)停車檢修的情況，但在增壓泵的耐久性方面沒有出現(xiàn)任何問題。

進(jìn)化2：氫儲存罐的異形化

這次研發(fā)團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)除了做到不更換增壓泵外，還有增加每次加氫后的續(xù)航里程。

在一年前的富士24小時(shí)耐力賽上，續(xù)航里程是12圈（約54km）。在上一次富士24小時(shí)耐力賽最終站中，該數(shù)據(jù)則增加到了20圈（約90km），而這次的目標(biāo)是將續(xù)航里程增加至原來的1.5倍，即30圈（135km）。

最終結(jié)果為31圈，達(dá)到了目標(biāo)水平。

對于一次加氫能跑30圈的意義，高橋智也總裁這樣講述道：

“我們現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到了與汽油車相當(dāng)?shù)乃?。我認(rèn)為我們已經(jīng)展示了氫能的可能性，那就是在這種汽車運(yùn)動領(lǐng)域，氫可以帶來與汽油車一樣的樂趣?！?/p>

使這項(xiàng)進(jìn)化成為可能的是因“異形化”而擴(kuò)大了容積的氫儲存罐。

現(xiàn)在，車內(nèi)空間的利用效率更高，車內(nèi)可裝載的液態(tài)氫的量比去年增加了1.5倍。

由于氣態(tài)氫的儲氫罐要承受70MPa的高壓，為使儲氫罐壁面承壓均衡，因此儲氫罐的形狀設(shè)計(jì)成圓柱體是常識。

但是，液態(tài)氫儲氫罐要承受的壓力只有1MPa以下，對承壓能力的需求遠(yuǎn)低于氣態(tài)氫儲氫罐，因此，理論上來說并不一定非要設(shè)計(jì)成圓柱體。

盡管如此，在去年的研發(fā)初期階段，依舊將儲氫罐設(shè)計(jì)成圓柱體，主要是因?yàn)檫€沒有車載液態(tài)氫相關(guān)的法律。

原本以液態(tài)氫為燃料行駛的車輛參賽，這件事本身就是全球首次的嘗試。這不僅是對研發(fā)方，實(shí)際上對評價(jià)方來說，一切事宜也都是在摸著石頭過河。

今年參賽時(shí)汽車搭載的橢圓體儲氫罐，是在提出了符合汽車使用方法的安全對策和安全證明后，獲得了國家和相關(guān)機(jī)構(gòu)的認(rèn)證，才正式使用。

伊東主查在采訪中表示：“雖然看上去只是將‘圓柱體’改良為了‘橢圓體’，但‘無論是從法制化，還是研究的方面來講，都取得了非常大的進(jìn)步’。”

今后，對于液態(tài)氫儲氫罐的研發(fā)，也將在實(shí)踐中不斷積累經(jīng)驗(yàn)。即便是儲氫罐出現(xiàn)微微的膨脹，只要能夠證明其安全性，就能檢驗(yàn)出更加精確的強(qiáng)度必要條件。這樣一來，便可設(shè)計(jì)出在體積上更具效率的異形化、輕量化的儲氫罐。

“希望我們能夠繼續(xù)進(jìn)行實(shí)證試驗(yàn)，為了得到更多人在‘安全’方面的認(rèn)可，我們將不斷積累經(jīng)驗(yàn)”。（伊東主查）

研發(fā)不僅要讓“汽車”進(jìn)化，還要兼顧“法律”和“基礎(chǔ)設(shè)施”的整備建設(shè)。為早日實(shí)現(xiàn)氫能社會，要不斷擴(kuò)大朋友圈，推廣宣傳活動。

進(jìn)化3：CO?回收裝置

另一項(xiàng)進(jìn)化，便是改良了去年最后一場比賽里引進(jìn)的CO?回收裝置。

雖無法在本篇文章中為大家詳細(xì)剖析裝置的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，但可以在此做一個(gè)簡單的介紹。這種裝置的結(jié)構(gòu)是，使用涂抹了川崎重工業(yè)所研發(fā)的CO?吸附劑（胺）的過濾網(wǎng)，捕捉大氣中的CO?（吸附工程），再利用流動的熱空氣釋放CO?（分離工程），使之融入回收液（回收工程）。

在去年的最后一場比賽中，每當(dāng)汽車進(jìn)入維修區(qū)時(shí)機(jī)械師都要手動更換吸附和分離的過濾網(wǎng)。

而今年，研發(fā)人員們將兩個(gè)過濾網(wǎng)合二為一，省去了更換濾網(wǎng)的工作。

具體而言就是，擴(kuò)大濾網(wǎng)直徑，并讓其以2轉(zhuǎn)/分鐘的速度緩慢旋轉(zhuǎn)。讓濾網(wǎng)面積的四分之三能夠接觸發(fā)動機(jī)吸氣，剩下的四分之一接觸被機(jī)油加熱的空氣。

因?yàn)闉V網(wǎng)在旋轉(zhuǎn)，所以當(dāng)濾網(wǎng)上吸附了CO?的部分移動到能夠接觸到熱空氣的地方時(shí)，CO?便被釋放。由于在行駛中連續(xù)不斷地重復(fù)這一動作，因此回收CO?的效率有所提升。

使用這次的系統(tǒng)，通過濾網(wǎng)面積的擴(kuò)大每圈可回收4g的CO?，相當(dāng)于過去版本裝置回收量的2倍。

不過，即使是被稱為低油耗的汽車，行駛1km也會出現(xiàn)100g左右的CO?。相對來說，現(xiàn)在的回收量確實(shí)有些杯水車薪，但今后可以通過調(diào)整濾網(wǎng)吸附和分離的面積，以及旋轉(zhuǎn)速度等方式，進(jìn)一步為環(huán)境保護(hù)做出貢獻(xiàn)。

汽車行駛得越多，就越能回收更多的CO?。如此一來，以往發(fā)動機(jī)汽車給人帶來的消極印象便有望得以改善了。

越過“氫能山”后的景象

每每報(bào)道有關(guān)氫燃料發(fā)動機(jī)研發(fā)的話題時(shí)，人們都會將關(guān)注點(diǎn)鎖定在“面向上市銷售之路的現(xiàn)階段定位”上。

在去年的最后一場比賽中，豐田宣布：現(xiàn)階段搭載了氫燃料發(fā)動機(jī)的HIACE，已正式開始在澳大利亞的一般道路上展開實(shí)證試驗(yàn)，研發(fā)步入了“第7階段”。

而在研發(fā)取得顯著進(jìn)步的本賽季，所有人對進(jìn)展的推進(jìn)滿懷期待時(shí)，高橋總裁卻慎重地表示：“雖然去年我們公布進(jìn)入了‘第7階段’，但實(shí)際上直至今日我們也不敢斷言，這是否就意味著我們已經(jīng)到達(dá)了那個(gè)位置”。

“雖然，到現(xiàn)在為止我們確實(shí)一步步地登上了‘氫能山’。不過，在經(jīng)歷了今年的24小時(shí)耐力賽后，我又深切地感受到，除‘氫能山’以外，還有各種各樣的‘山’等待著我們?nèi)ヌ魬?zhàn)，如若不然就無從談及‘制造更好的汽車’。對顧客們來說，并不是我們登上了某座山就等同于為他們提供了更好的汽車?！?/p>

只有試著登上了山頂，才能看到全新的景色，下一座有待攀登的山也自然會顯現(xiàn)。接近山頂?shù)牡缆窌桨l(fā)崎嶇，這是登山的常態(tài)。只有一步一步腳踏實(shí)地地前行，踏踏實(shí)實(shí)地不斷推動技術(shù)研發(fā)才是正確的選擇。